回风隅角低氧对光干涉甲烷检测仪的影响及校正方法研究

针对回采工作面回风隅角多种甲烷检测设备检测结果不一致的问题,分别从设备本身和氧气浓度等方面进行实验室和现场研究。结果表明,便携式甲烷检测仪和在线式甲烷检测仪测定数据结果一致,不受氧气浓度变化的影响;随着氧气浓度的降低,光干涉甲烷检测仪显示的甲烷浓度值呈不断升高趋势。根据实验室数据,得到了光干涉甲烷检测仪在低氧时的校正公式,并对校正公式在现场进行了验证;分析了金达煤业煤层赋存和采动情况,得到回风隅角氧气浓度降低的原因,即10号煤层工作面回风隅角受本煤层及邻近层采空区回风、采空区遗煤自燃和注氮气防灭火措施的综合影响。据此,提出了加强回风隅角通风管理和光干涉甲烷检测仪读数校正等措施,降低氧气浓度对光干涉甲烷检测仪的测量影响,从而为解决此类问题、提高工作面瓦斯安全监测提供借鉴。     

甲烷测定器的简易修理和校正

甲烷测定器是一种精密光学仪器,常用的有抚顺煤矿安全仪器厂生产的 AQG—1型甲烷测定器。由于矿井空气湿度和含尘量大,使用时如不注意维护,受到较大的振动和冲击,容易造成仪器内部机件的损伤或变位,轻则影响测定的准确性,重则不能继续使用。为此,各矿每年都要派人出外修、校,时间长,费用高,极不经济。近年来,我矿通风职工遵照毛主席“自力更生”的方针,土法上马,边干边学,对甲烷测定器进行简易修理和校正,初步摸索了点滴经验。现将我们的做法介绍如下。     

壁面热损失对超低热值煤层气热逆流氧化的影响

建立了超低热值煤层气热逆流氧化的数学模型,运用计算流体力学软件进行数值计算,得到不同壁面热损失条件下超低热值煤层气热逆流氧化的温度场、甲烷转化率、最低甲烷浓度及最大换向半周期,并将数值计算结果与实验结果进行了对比。结果表明:改善氧化装置保温性能,降低壁面热损失,可以提高氧化床整体温度场和拓宽高温区域,有利于甲烷的充分氧化和热量提取;降低氧化装置壁面热损失,可以提高甲烷转化率,且进气速度越小影响越明显;减少氧化装置壁面热损失,可以降低装置维持自运行所需的最低甲烷浓度,有利于氧化装置的稳定运行;随着壁面热损失的下降,氧化床最大换向半周期不断延长,在装置实际运行中,通过改善装置保温性能降低壁面热损失,可以适当延长装置换向时间,减少换向次数。     

温度及含水量对煤吸附甲烷特性影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪,对高瓦斯煤样进行了温度及含水量影响吸附甲烷特性的实验研究。研究结果表明:温度与吸附常数a及温度校正系数之间呈负指数关系,与吸附常数b呈正指数变化;煤样含水量与吸附常数a、水分校正系数倒数之间呈一次线性关系,而与吸附常数b之间没有固定的关系式;最后得到煤层瓦斯含量与温度校正系数及水分校正系数之间的关系式。研究结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性、完善间接法测定瓦斯含量具有一定的理论指导意义。     

载体催化元件

<正> 煤矿甲烷(CH_4)是造成瓦斯爆炸和窒息事故的主要气体,及时、准确地测定矿井空气中甲烷浓度,采取预防措施,就能防止瓦斯可能引起的事故。 目前对煤矿甲烷浓度的测定主要运用热催化原理,热导原理,光干涉原理等三种。此外,气敏半导体,激光原理,固体电解电池等也逐步从研究走向使用。 作为热催化原理测定甲烷浓度的仪器,如遥测仪和报警器,因操作简单,国内外仍     

煤矿甲烷检测仪器的发展

<正> 煤矿甲烷检测仪器按工作原理分主要有三种—热催化原理、光干涉原理及热导原理。煤矿甲烷测定仪型式大致可分为四种:携带式检测仪、局部地区检测警报仪、机载式检测仪及远距离检测(遥测)系统。下面叙述各种原理、型式的煤矿甲烷检测仪器的现状和发展方向。     

煤的等温吸附测试中数据处理问题研究

通过大量等温吸附实验数据分析,结合多口煤层气勘探试验井的实测气合量、储层压力等资料,分别进行了吸附相体积校正前后纯甲烷气体等温吸附曲线比较,认为不校正吸附相体积的等温吸附实验数据更符合实际情况．吸附相虽然客现存在,但被吸附状态存在的甲烷体积和以自由气体状态存在的甲烷体积相比,吸附相体积要小得多,校正后兰氏体积和兰氏压力比未校正值增加了30％-40％,严重偏离了真实情况．指出了使用校正公式存在的问题,提出了等温吸附实验数据处理方法．     

超细水雾增强与抑制甲烷/空气爆炸的机理分析

通过数值模拟方法对密闭容器内部超细水雾与甲烷/空气爆炸火焰的相互作用机理进行研究。采用大涡模型和部分预混燃烧模型分别对爆炸火焰流场和甲烷/空气燃烧过程进行计算;利用欧拉-拉格朗日方法对连续相和离散相方程进行耦合求解,实现气液两相间的质量、动量和能量的传递。通过实验验证了模型的准确性,并详细分析了水雾导致爆炸增强与抑制的机理。结果表明:水雾吸收的汽化潜热大于显热,且两者均远大于液滴的动量吸收作用;水雾吸热和汽化膨胀两种效应的共同作用导致增强和抑制爆炸两种相反的结果,液滴粒径、速度和水雾质量浓度将影响火焰面的温度、导温系数、脉动速度和湍流尺度,进而影响火焰传播速度和容器内部的热增速率。     

饱和蒸汽作用下煤体吸附甲烷运移产量规律试验研究

为得到低渗透储层煤层气注蒸汽开采过程煤层气运移产量规律,在实验室试制了蒸汽加热三轴解吸渗透试验装置,并进行了不同饱和蒸汽压力条件下煤样吸附甲烷运移产量测定试验。试验结果表明,在一定的围、轴压下,甲烷运移产量随解吸时间呈现Langmuir变化趋势;在不同的注蒸汽压力条件下,甲烷运移产量随饱和蒸汽压力的增加而增大、增幅减小,煤体温度随蒸汽注入压力不同呈现指数增长形式,在一定时间内由于换热效率降低使煤体达到注热饱和,继续注热无明显效果;煤体注蒸汽后,由于应力急剧增加造成短时期内无甲烷运移产出,随应力的降低和游离甲烷增加,甲烷运移速率呈现指数型增长趋势,甲烷运移最终产量增加,甲烷运移产量较未注热最高可增产46.3%。试验结果可为煤层气注蒸汽开采工艺方案及产量预测提供参考。     

红外甲烷传感器的实时温度校正模型的建立

红外光谱法是检测气体浓度的有效手段。文章就红外甲烷传感器数学建模中如何考虑环境温度的影响,进行了深入分析,提出了基于最小二乘方法的实时温度校正模型,并给出了建模实验的结果。研究表明,通过温度校正系数的最小二乘拟合,可以根据计算得到的温度校正系数,对温度变化引起的红外甲烷传感器测量误差进行实时校正。     

温度对煤吸附瓦斯的动力学特性影响实验研究

为了探究温度对中等程度焦煤中甲烷的吸附解吸特征的影响规律,采用等温吸附实验和甲烷解吸实验分析煤样在不同温度下的变化情况,结合Langmuir模型、等量吸附热、煤表面自由能和解吸量模型对所得实验数据进行分析。结果表明：随着温度的升高,甲烷吸附量及Langmuir吸附常数a、b均呈现下降的趋势;煤的吸附是放热过程,伴随着甲烷吸附量的增大等量吸附热随之增加;温度会导致煤表面自由能改变,温度升高煤表面自由能变化值减小,表现为甲烷吸附量减少;解吸曲线具有明显的Langmuir特征,温度升高会促进甲烷解吸,且最初10 min中的解吸速率增速较快。

     

焦炉煤气甲烷化技术进展

结合国内外焦炉煤气甲烷化制备合成天然气技术,分析了焦炉煤气甲烷化反应的化学原理和反应特性,并对甲烷化催化剂的组成特点进行总结。根据移热方式可将甲烷化技术分为绝热甲烷化技术和等温甲烷化技术,介绍了各种甲烷化技术的工艺流程及应用,对技术的应用前景进行了展望。绝热甲烷化技术主要通过原料气分股或调节循环气量来控制反应温度,适用于原料气处理量较大的甲烷化项目;等温甲烷化技术工艺流程较短、能耗较低、控制系统简单,适用于中小规模处理量的甲烷化项目。     

页岩对甲烷高温高压等温吸附的热力学特性

为了研究页岩在高温高压条件下对甲烷的吸附特性,采用高压等温吸附实验仪,分析了取自贵州岑巩地区天马1井的页岩对甲烷的吸附效果,并根据lausius-Clapeyron方程和Vant-Hoff方程求得甲烷吸附的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附特性。研究结果表明:贵州岑巩地区天马1井页岩对甲烷的等温吸附曲线形态在不同温度条件下基本一致,都存在着明显的极值点;在低压阶段,等量吸附热随吸附量的增加而逐渐增加,平均吸附热为43.59 kJ/mol,表明可能发生了化学吸附;在高压阶段,等量吸附热随吸附量的减少而逐渐升高,表明随压力增加解吸更加困难;通过Vant-Hoff方程计算得到的极限吸附热为39.61 kJ/mol,表明天马1井页岩孔隙表面与甲烷气体之间的相互作用力较强。对于相互作用力较强的页岩,在页岩气开采过程中可以结合注入与页岩孔隙表面作用更强气体的方法来促进解吸,如CO2等气体。     

红外甲烷传感器温度校正模型研究

采用BP神经网络,建立了红外甲烷传感器温度校正模型。以隐层节点数为变量,研究了神经网络规模对训练速度和推广能力的影响。将贝叶斯正规化方法与Levenberg-Marquardt优化算法相结合,提高了神经网络训练的效率和推广能力。所建立的模型网络规模小,运算速度快,可以对温度变化引起的红外甲烷传感器非线性误差进行自动校正。     

甲烷在高岭石狭缝中吸附的分子模拟

为了探究页岩储层中粘土矿物对甲烷的吸附机理,通过巨正则蒙特卡洛及分子动力学模拟方法,采用Materials Studio软件计算了缝宽为2、5、8 nm的高岭石狭缝在埋深为1、2、3、4、5 km的储层环境中对甲烷的吸附作用。结果表明:随着缝宽的增大,甲烷的绝对吸附量增大,等量吸附热减小;随着埋深的增大,甲烷的绝对吸附量和等量吸附热均先增大后减小,4 km时最大。且等量吸附热介于7～12 kJ/mol之间,小于42 kJ/mol,表明是物理吸附。甲烷沿垂直于高岭石壁面的方向出现吸附分层的现象,靠近壁面的为主要吸附层,然后依次是次要吸附层和游离层,三个吸附层的自扩散系数依次增大。     

甲烷气体检测技术及其在煤矿中的应用

瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一,而甲烷是瓦斯的主要成分,因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导体激光光谱法的甲烷检测原理,探讨了不同原理的甲烷检测技术发展现状。在煤矿环境对甲烷检测技术的影响分析基础上,通过煤矿井下技术应用对比研究得出:催化燃烧法利用甲烷可燃性特征,适用于检测体积分数4%以下的甲烷,不适用于氧气浓度过低、甲烷浓度过高或存在含硫气体的井下环境;热导法利用含不同浓度甲烷的空气热导率的不同特征,适用于检测体积分数4%以上的甲烷,不适用于甲烷浓度低、二氧化碳浓度过高等井下环境;光干涉法利用含不同浓度甲烷的空气折射率的不同特征,适用于井下绝大部分环境,但不适用于二氧化碳浓度过高的井下环境;红外光谱法利用甲烷的气体选择性吸收的特征,适用于绝大部分井下环境,其中非分散红外光谱法受水蒸气、烷烃气体干扰,需进行算法优化以减小误差,而可调谐半导体激光光谱受其他气体干扰影响较小,但两者皆需采用补偿算法来减少受温湿度影响引起的误差。最后,对不同原理的甲烷检测方法进行了技术适用性综合对比分析,以期对煤矿甲烷检测技术的应用提供借鉴指导意义。     

含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸特征的影响

为研究低阶煤中含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸的影响,采集大佛寺井田延安组4号煤样品并分离光亮煤与暗淡煤样品,分别采用液氮吸附、扫描电镜、接触角测定以及等温吸附/解吸等试验手段,分析煤样的物质组成、孔隙结构特征、润湿性特征、吸附/解吸等特征;并基于等量吸附热、表面自由能等热力学参数计算结果,从能量角度分析低阶煤中不同宏观煤岩类型的润湿性对甲烷吸附/解吸特征的影响。结果表明:①光亮煤的灰分、水分及氢、氧、氮元素含量低于暗淡煤,而挥发分及碳、硫元素含量高于暗淡煤;光亮煤的表面结构相对简单,接触角为56.3°,暗淡煤的接触角为51.7°,光亮煤的润湿性较暗淡煤差;②升压阶段,空气干燥基煤样的等量吸附热值大于平衡水煤样,且光亮煤的等量吸附热大于暗淡煤;降压阶段,平衡水煤样的等量吸附热小于空气干燥基煤样,暗淡煤的等量吸附热大于光亮煤。此外,无论光亮煤还是暗淡煤,降压阶段的等量吸附热均大于升压阶段的等量吸附热,表明甲烷解吸还需要从外界环境中吸收更多的能量,且降压不能促使甲烷完全解吸,甲烷解吸存在滞后性,本质是吸附和解吸过程能量的差异;③水分子易与煤基质表面断裂的化学键及煤基质内部的亲水性官能团结合,在一定程度上降低了煤的表面自由能,使甲烷-煤吸附系统达到平衡状态所释放的热量更少,并且,水与煤的分子作用力强于甲烷,可以占据煤表面的有效吸附位,使煤吸附甲烷能力变弱。研究结果可为区内后续煤层气高效开发工作提供理论依据。     

基于重量法的页岩气超临界吸附特征实验研究

为了有效分析页岩气体的超临界吸附特征,利用重量法等温吸附仪,借助高精度的磁悬浮天平系统,直接测试了不同压力条件下甲烷气体密度及其过剩吸附量。实验测试结果表明,当压力较小时,过剩吸附量随着压力增大而增大;当压力大于8 MPa后,过剩吸附量会随着压力的增大而减小,这主要是由于甲烷吸附相密度与游离相密度差值随压力先增大后减小导致的。页岩中超临界甲烷的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。此外,利用高压段甲烷过剩吸附量随压力直线递减的规律,确定了甲烷吸附相体积的计算方法,并且采取定吸附相体积的方法对绝对吸附量进行了校正,校正结果表明,超临界甲烷在页岩中的绝对吸附量依旧能很好的利用Langmuir吸附模型进行拟合及分析,可以将该经典的吸附理论扩展到超临界温度领域。     

氧含量变化对甲烷检测器的影响

<正> 目前,甲烷气体检测器的原理主要有两大类,即纯物理原理(如光干涉、热导和声速等)和催化氧化原理。物理原理的仪器主要是利用甲烷的物理特性值与空气的物理特性值进行比较。由于这一比值很小(光干涉原理除外),因此在检测低浓度(<1%)的甲烷时,准确度较差,此外,受周围环境变化的影响较大、如温度、湿度和压力等。在检测低浓度甲烷时,还需要先除掉气样中的二氧化碳和水蒸汽。     

可换式风峒风表校正仪

<正> 我局历年以仿制2.5米风峒及回转式风表校正仪,分别校正高速、中速和微速风表。但由于两校正台稳定性和准确性较差,且操作繁锁,1979年我们自行设计制造了“可换式风峒风表校正仪”。经过测定和半年来的使用证明:在该风峒中,能准确地校正高