温度对煤的瓦斯吸附常数影响实验研究

采用HCA-1型高压容量法瓦斯吸附装置,对煤样进行了不同温度下的吸附瓦斯等温线测试,研究了温度对煤的瓦斯吸附常数的影响,并结合物理化学方法,建立了煤的瓦斯吸附常数随温度变化的函数关系。在进行深部矿井瓦斯抽采工程设计中,该研究成果可为煤层气资源评价提供科学依据和理论指导。     

煤吸附甲烷的影响因素敏感性正交试验

为研究煤体吸附甲烷的影响因素敏感性特征,选取温度、含水率、煤粒度、挥发分为煤吸附甲烷的影响因素,按照正交设计原理选取有代表性的试验点进行甲烷吸附试验,采用极差分析法进行因素敏感性分析,结果表明:Langmuir吸附常数a对各影响因素的敏感性大小次序为挥发分温度煤粒度含水率;Langmuir吸附常数b对各影响因素的敏感性大小次序为挥发分含水率温度煤粒度;对于同煤阶煤体,各影响因素中,温度对Langmuir吸附常数a起主要控制作用,而吸附常数a表征煤体对甲烷的极限吸附量,因此,井下采煤过程中,温度、含水率等多因素变化时,首要实时监测温度变化,以防止温度突然变化诱发瓦斯大量解吸,引发瓦斯超限甚至是煤与瓦斯突出事故。     

直流电场作用对煤瓦斯吸附性影响试验研究

采用直流电场作为物理场,研制了一种直流电场作用煤瓦斯吸附性试验装置,在该装置上对煤瓦斯的吸附性进行了试验研究,并进一步分析了电场作用对煤瓦斯饱和吸附量和吸附常数等吸附性质的影响。试验结果表明:直流电场作用能够降低煤对瓦斯的吸附性,对煤吸附瓦斯的吸附等温线有影响,且电压作用对煤瓦斯吸附量的影响大于频率对其的影响;直流电场作用下煤对瓦斯吸附的饱和吸附量和吸附常数减小,随着电压或频率的增加,煤对瓦斯的饱和吸附量呈线性规律减小,吸附常数呈指数规律减小。     

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。     

颗粒煤与型煤的吸附差异性研究

为搞清颗粒煤与型煤的吸附差异性,文章采用同一工作面的试验煤样对颗粒煤与型煤的吸附差异性进行了研究。结果表明:无论对于颗粒煤还是型煤,随着温度的降低,煤对瓦斯的吸附量增加,吸附常数也逐渐增加,型煤的吸附常数稍小于颗粒煤的吸附常数,但是两者差值不大。采用Langmuir公式对颗粒煤和型煤的吸附曲线进行拟合时,拟合度均比较高。     

煤体温度压力变化对瓦斯吸附性能影响的实验研究

从微观上分析研究了煤吸附瓦斯的本质,进而根据等温吸附实验结果研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下煤的吸附性能变化规律,并讨论了Langmuir常数随温度的变化关系式,为研究瓦斯在煤层中赋存规律提供了理论基础。     

不同温度条件下煤对瓦斯的等温吸附实验研究

 为探索Langmuir方程吸附常数与温度之间的变化规律,利用HCA型高压容量法吸附装置,针对重庆能源投资集团松藻煤电公司8#煤层煤样,分别在温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃条件下进行了煤对瓦斯的等温吸附实验。结果表明,当温度一定时,吸附量随瓦斯压力的升高逐渐增加并趋于一稳定值;压力一定时,随着温度的升高,煤的瓦斯吸附量呈下降趋势;而且,随着温度的升高,吸附常数a值有逐渐降低趋势,而b值明显呈线性关系显著下降;吸附常数a、b与温度T的分别符合二次函数和线性方程关系。     

线性回归方程对煤吸附常数计算的影响

为了解线性回归方程对计算煤的瓦斯吸附常数的影响,利用高压容量法对4个矿井煤样进行了等温吸附试验,计算了莱恩威弗-伯克、伊蒂-霍夫斯第、斯卡查德和朗缪尔4种线性回归方程的煤的瓦斯吸附常数,并对比分析了采用不同煤的瓦斯吸附常数计算的瓦斯吸附量与试验吸附量之间的差异,结果表明:根据线性回归相关系数的大小,在4种线性回归方程计算煤的瓦斯吸附常数过程中莱恩威弗-伯克方程回归效果最好;4种的线性回归方法计算煤的瓦斯吸附量的误差率变化趋势相一致,呈现一种偏态分布;根据绝对误差率的大小,不同的线性回归方法适用于不同吸附压力范围。     

低温环境无烟煤瓦斯吸附特性研究

以焦作无烟煤为研究对象,采用自制高低温吸附装置,通过对煤在-30,-20,-10,20,30℃下瓦斯吸附过程的测试,研究煤在低温环境下的瓦斯吸附特性。实验结果表明:温度对煤的瓦斯吸附量影响效应明显,温度越低,煤的瓦斯吸附量越大;在低温环境下(0℃以下),吸附常数a、b值随温度降低而增大,温度每降低1℃,a值升高约18%,b值升高约4%。在取心过程中,降低环境温度,可以增加煤的瓦斯吸附能力,减少井下钻孔取心过程的漏失瓦斯量,提高瓦斯含量测值的准确性。     

煤对瓦斯吸附特征研究

通过分析煤对瓦斯的吸附作用,指出温度和瓦斯压力对煤体的吸附量影响显著,瓦斯压力越大,温度越低,吸附量越大。吸附温度对吸附常数a,b都有显著影响a,随温度的升高而降低。煤体放散瓦斯的速度符合文特式和孙重旭式,在初期,瓦斯放散的速度极快,并迅速衰减,决定突出强度。     

加压速率对不同变质程度煤吸附性能的影响研究

为研究不同加压速率对吸附性能的影响,采用美国康塔仪器公司研制的i Sorb HP2高压气体吸附分析仪对门克庆矿、沙曲二矿、阳泉五矿3种不同煤阶煤样,进行了不同加压速率下的瓦斯吸附常数对比测试。结果表明,加压速率对瓦斯吸附常数影响非常明显;对特定煤阶煤样,随着加压速率增大,吸附常数a有减小趋势,吸附常数b有增大趋势,煤阶越高,瓦斯吸附常数受加压速率的影响程度越大。因此,对于不同煤阶煤样,加压速率应适当调整,以提高其指导现场应用的作用。     

煤的瓦斯吸附动力学机制及温度效应

基于煤对瓦斯的多层吸附假设,推导了煤中瓦斯的多层吸附理论,并采用此理论对煤的瓦斯吸附试验规律进行拟合分析。结果表明:煤对瓦斯的多层吸附理论很好地拟合瓦斯等温吸附,拟合相关性均达到0.99以上;煤体表面单层吸附瓦斯体积V_m随温度降低而线性增大;煤的吸附热Q和瓦斯凝聚热QL差值(Q-Q_L)与温度T线性相关;瓦斯在煤表面吸附层数n随温度降低线性增大。     

不同温压条件下煤瓦斯吸附特性的试验研究

为研究温度、压力对煤吸附瓦斯性能的影响,进行了不同温度下煤的瓦斯等温吸附试验。试验测试出煤样在35℃、50℃、65℃、80℃、105℃下的等温吸附线。研究表明:随着温度的升高,同一压力下煤样的吸附量减小,温度越高,吸附量减小趋势越明显;温度相同时,煤样的吸附量随着压力的增大而增大;在某一温度区间内,随着温度的升高,煤样的吸附常数a、b值线性递减。     

间接法测定煤层瓦斯含量计算公式校正的实验研究

采用HCA高压容量法瓦斯吸附装置,对7组不同变质程度的煤样,分别在20、30、40、50、60℃等5个温度条件下进行常压吸附瓦斯量和瓦斯吸附常数的测试,通过对测试数据进行分析研究,得出每升高单位温度下吸附瓦斯减小量与煤的变质程度的关系模型,进而对间接法测定煤层瓦斯含量计算公式进行校正,校正结果更符合煤样在高压状态下即将达到吸附饱和状态的相关理论。     

温度对Langmuir吸附常数影响的实验研究

为探索深部煤体中地温对瓦斯赋存的影响,基于单分子层吸附理论,采用热力学理论推导出Langmuir方程,得到了温度与Langmuir吸附常数a、b随温度变化的理论表达式,进行了不同温度下的煤与瓦斯等温吸附实验;实验表明,对于给定气-固吸附体系,Langmuir吸附常数a值只与吸附质和吸附剂的自身属性有关,并由吸附剂的固有总吸附位数决定,而与外界的温度和压力无关;对于同一种煤而言,可以认为a值是一个常数。不同吸附剂的b值因吸附剂自身物理特性的不同也会有一定的差异;b值随温度的升高逐渐减小,用导出的理论方程证明了温度与a、b值的统计热力学关系,并用实验进行了证实,澄清了以往温度与a、b值关系的实验性争议。工程应用中,在一定温度区间内,吸附常数b值与温度的关系可以采用线性减函数简化描述。     

基于多元线性回归的瓦斯放散初速度影响因素试验研究北大核心

煤的瓦斯放散初速度指标△p在判定煤矿是否具有突出危险性中起到重要作用。通过从全国13个省市的77个煤矿采取77个煤样,在实验室实测煤样的水分、灰分、挥发分、真密度、视密度、孔隙率、常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度等11个瓦斯基础参数,利用SPSS数据分析软件,采用逐步多元线性回归法进行统计分析,得出对△p产生显著影响的因素为常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数b和煤的坚固性系数,且常压瓦斯吸附量对△p的影响最为显著。试验结果表明:常压瓦斯吸附量和瓦斯吸附常数b与△p呈正相关性;煤的坚固性系数与△p呈负相关性,同时建立了多元线性回归模型,拟合相关系数为0.892。     

煤样粒径对煤吸附常数及瓦斯放散初速度的影响

运用Langmuir单分子层吸附理论,对煤在不同粒径条件下吸附瓦斯气体进行了实验研究。利用WY-98A型瓦斯常数测定仪及WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪,分别对不同煤样在不同粒径条件下吸附甲烷气体的等温吸附曲线、吸附常数a、b及瓦斯放散初速度△p进行了定性与定量分析,并得出了吸附常数a及放散初速度△p随粒径变化的关系式。结果表明,吸附常数a随粒径出现阶段性的变化,瓦斯放散初速度随粒径变化呈现出对数函数的变化规律。     

水分对瓦斯吸附常数及放散初速度影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪及瓦斯放散初速度测定仪,分别对高瓦斯煤样进行了水分影响甲烷吸附特性及瓦斯放散初速度的实验研究。研究结果表明:水分与吸附常数a、水分校正系数倒数以及瓦斯放散初速度之间呈一次线性关系,而水分与吸附常数b之间则没有固定的关系式。实验结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性,以及煤体扰动后发生瓦斯动力规律具有一定的理论价值。     

定容和定压条件下煤粒瓦斯吸附特性研究

为了比较不同条件对瓦斯吸附常数的影响,研究了5种不同煤阶的煤样在7个不同压力点下进行的瓦斯吸附试验,试验分为定容和定压动态2类瓦斯吸附试验,分别获得了定容及定压条件下的吸附平衡点数据,结合Langmuir单分子层理论求出了定容及定压条件下的吸附常数a、b值,并进一步讨论了造成a、b值差异的原因。结果表明:定容和定压2种试验条件对瓦斯饱和吸附量(a值)影响很小,但对瓦斯吸附速率(b值)影响较大,即定压条件下瓦斯吸附速率要大于定容条件下瓦斯吸附速率;进一步得出吸附常数a值随挥发分增大而减小,说明瓦斯饱和吸附量随煤阶的增高而增大。     

硬软煤质量比变化对煤吸附甲烷的影响

在单一煤体吸附甲烷的基础上,选用山西某煤矿同一进风巷硬软煤,按不同质量比进行分层混合.运用Langmuir单分子层吸附理论,对硬软煤处于不同质量比条件下混合煤样对其吸附特性的影响进行了实验研究.得出吸附量随硬软煤质量比变化的关系曲线、吸附常数a,b随硬软煤质量比变化关系式及瓦斯放散初速度AP随硬软煤质量比变化关系式,对瓦斯涌出受硬软煤质量比变化的影响进行了理论分析.分析结果表明软煤质量和其上部硬煤质量近似相等时,吸附常数a及放散初速度AP达到最大值,吸附常数b达到最小值.这一发现说明了在此情况下,煤对甲烷的吸附量及其压力均达到最大值,一旦扰动此类煤层,便会形成较大的压力梯度及浓度梯度,发生大量瓦斯涌出,研究结果对煤与瓦斯突出机理提供了理论基础.