不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性研究

目前关于瓦斯解吸动力特性的研究主要集中在单一粒径煤样,而对于不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性的研究较少。针对该问题,利用含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,将（0,0.25）mm、[0.25,0.5)mm、[0.5,1] mm 3种粒径煤样按照不同比例混合,开展了不同粒径混合煤样瓦斯解吸实验,分析了不同粒径煤样占比条件下的瓦斯解吸量、扩散系数及解吸衰减系数等瓦斯解吸动力学参数变化特征。结果表明：(1)不同粒径混合煤样瓦斯解吸过程中,前期影响瓦斯解吸量的主要因素是粒径大小,后期影响瓦斯解吸量的主要因素是煤样中不同粒径煤样占比大小;小粒径煤颗粒占比越大,煤样瓦斯解吸量越大。(2)不同粒径混合煤样瓦斯扩散系数具有时变性,随着瓦斯解吸时间增加,瓦斯扩散系数呈衰减态,最终趋近0;初始瓦斯扩散系数随小粒径颗粒煤占比的增加而减小;(3)小粒径颗粒煤占比越大,瓦斯解吸衰减系数越大。因此,在井下瓦斯含量测定过程中,获取的煤样中应尽可能提高大粒径颗粒煤的占比,以降低取样过程中瓦斯损失量,提高瓦斯含量测定的准确度。     

多粒度煤样瓦斯等温吸附解吸特征试验分析:以寺河煤矿3号煤为例

为研究吸附压力和粒度对煤样瓦斯解吸的影响,选取寺河煤矿3号煤为考察样本,采用瓦斯等温吸附解吸试验系统,考察了0.17~0.25,0.25~0.50,1~3mm 3个粒度煤样在1,1.5,3MPa吸附压力下的瓦斯解吸量和解吸速度变化特征。试验结果表明,在各吸附压力下,煤样瓦斯解吸量、初始解吸速度总体上均随吸附压力增大而增大,但0.25~0.50mm粒度煤样瓦斯解吸量和解吸速度受吸附压力的影响程度较其他2个粒度煤样小;各粒度煤样在不同吸附压力作用下,较小粒度煤样的初始瓦斯解吸量和初始解吸速度总体上大于较大粒度煤样,但在解吸12h后,1~3mm粒度煤样在1.5,3 MP吸附压力下的瓦斯解吸量较其他2组煤样大。根据试验结果可得,增加煤样的吸附压力或降低煤样粒度,均会引起瓦斯解吸量和解吸速度的增加。     

煤粒瓦斯解吸时变规律实验研究

针对目前瓦斯解吸研究采样范围小、解吸模型计算结果与实测数据之间存在误差等问题,采集多个煤矿的煤样进行解吸实验,扩大煤样采集范围;基于搭建的煤粒瓦斯解吸实验平台,采用控制变量法,分析煤粒在不同吸附平衡压力、不同温度、不同粒度下的瓦斯解吸时变规律。得出以下结论:吸附平衡压力越大,瓦斯解吸量越大;粒度越大,解吸量和解吸速度越小,到达阈值粒度后,粒度对解吸量和解吸速度的影响较小;温度越高,解吸量越大;随着时间的增加,瓦斯解吸量逐渐增加,瓦斯解吸速度逐渐减小。对不同地质条件下的煤样进行解吸实验研究,提高了瓦斯解吸模型的适用性,进一步验证了温度、粒度等主控因素对瓦斯解吸规律的影响。     

煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统设计

针对当前实验室内测定不同瓦斯吸附压力条件下的煤钻屑瓦斯解吸指标值Δh_2的过程存在步骤繁琐、自动化程度低、人为干扰因素较多的问题,设计了一种基于单片机控制的高精度煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统。该系统以Atmega16单片机为核心,以USART_HMI触摸屏为系统指令输入及显示输出装置。单片机通过识别触摸屏发送的指令对各种传感器、继电器、电磁阀进行操作,完成煤样的自动脱气、吸附、卸压、测定等过程,最终测得煤钻屑在不同瓦斯吸附压力条件下的解吸指标Δh_2值。测试结果表明,与现有煤钻屑瓦斯解吸仪相比,该自动测定系统相对误差控制在5%以内,具有良好的实用性和较好的数据准确性。     

粒径对煤中瓦斯放散初速度影响实验研究

为了分析粒径对煤中瓦斯放散初速度的影响,以某煤矿4号煤层小于7目、7~10目、10~18目、18~35目的自然风干、烘干及水分含量分别为3%、5%、7%的煤样为研究对象,借助WT-1型瓦斯放散初速度测定仪,测试了不同含水率煤样的瓦斯放散初速度与粒径的关系,并测试了自然风干和烘干5h,粒径为小于7目与35~60目、7~10目与35~60目、10~18目与35~60目的煤样,在配比分别为6∶1,5∶2,4∶3,3∶4,2∶5,1∶6情况下的瓦斯放散初速度。实验结果表明,随着粒径减小,不同含水率的煤中瓦斯放散初速度不断增大,且粒径越小,煤中瓦斯放散初速度的增大趋势越明显;煤层中粒径小的煤颗粒占比越大,煤中瓦斯放散初速度越大。     

变温变压下煤样瓦斯吸附解吸特性实验研究

为研究温度、压力对煤样瓦斯吸附解吸特性的影响,利用瓦斯吸附解吸实验装置,分析了不同温度(20,25,30,35,40,45,50℃)、压力(0～5MPa)下的吸附量、等量吸附热、Langmuir吸附常数、初始有效扩散系数及扩散动力学参数变化特征。结果表明:煤样瓦斯吸附量随温度升高而减小,随压力增大而增大;吸附量恒定时,温度越高,瓦斯吸附压力越大,且等量吸附热随吸附量增大而增大;Langmuir吸附常数a随温度升高先减小后增大再减小,且在45℃时达到峰值,Langmuir吸附常数b随温度升高而减小;初始有效扩散系数和扩散动力学参数随温度升高而增大,且在35～40℃时增大幅度最明显。     

活性水降低工作面瓦斯涌出强度试验研究

为了解决采掘工作面瓦斯超限问题,根据采掘工作面落煤中的瓦斯压力和暴露时间关系,在实验室采用甲烷吸附-解吸装置进行了颗粒煤的前置浸入与后置浸入活性水与纯水2种状态下的瓦斯吸附-解吸对比试验,并在某煤矿井下3个掘进工作面落煤中进行了喷洒活性水与纯水的瓦斯解吸对比试验。结果表明,活性水对颗粒煤前置浸入与后置浸入均具有相同的抑制瓦斯解吸作用;在掘进工作面落煤中喷洒活性水,其瓦斯解吸量相比纯水可降低53.56%~54.76%,初期最大瓦斯涌出速度可降低54.42%~71.29%;在低水压、大流量条件下注入或喷洒活性水比纯水更有利于延缓和降低瓦斯涌出。     

基于S7-1200的瓦斯含量自动测定装置

针对传统瓦斯含量直接测定装置自动化程度不高,设备分散且装置中大多数设备的工作需要人工操作,相关数据也需要人工判断并记录,影响了实验数据的准确性,基于S7-1200 PLC设计和实现了一种瓦斯含量自动测定装置控制系统。该系统使用PLC采集测定时的温度、压力、液位等参数,并采用排水称重法,通过PLC与高精度电子称通信自动获取水重量,然后换算为瓦斯解吸量的体积变化数据,以此得到地面瓦斯解吸量,通过与井下瓦斯含量快速测定仪连接,自动获取井下测定数据,将地面测定数据和井下测定数据汇总,通过内部计算模型自动解算出煤样瓦斯含量。同时使用上位机程序实现装置可视化显示与便捷控制,提高了自动化程度,减少人为因素对实验数据的影响,提高了瓦斯含量测定精度。     

煤孔隙结构对瓦斯解吸-扩散-渗流过程的影响

充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提。而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸-扩散过程。以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了煤孔隙空间结构,从微观角度分析了瓦斯解吸-扩散-渗流的演化过程,初步探讨了煤孔隙空间结构对瓦斯运移的影响。结果表明：(1)在孔隙中心位置的瓦斯压力相对较高,解吸-扩散由孔隙中心向边缘进行,不同时间及位置上瓦斯压力分布规律差异明显,造成瓦斯压力分布差异性的原因在于各代表性体积（REV）单元中孔隙与喉道的半径、长度、形状、连通性能不同。(2)孔隙结构和拓扑优势拓展了瓦斯解吸-扩散-渗流范围,大尺寸孔隙结构能为气体分子提供多元化运动空间,削弱尺寸效应对扩散广度的影响,促进瓦斯解吸-扩散速率。(3)强非均质连通孔隙结构中,瓦斯渗流分散而高效,能通过广泛沟通煤基质完成气体由扩散到渗流的转变,提升瓦斯传质效率;弱非均质连通孔隙结构中,气体渗流路径单一、流线集中,渗流传质阻力较大,气体分子由扩散到渗流的转变效率低,不利于瓦斯高效运移。研究结果从微观角度丰富了煤体瓦斯运移理论,为瓦斯...     

煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH_4,CO,C_2H_4,C_2H_6,C_2H_2等,其中CH_4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH_4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C_2H_4和C_2H_6,随后逐渐产生C_3H_8气体,C_2H_4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C_2H_2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。     

半导体气体传感器敏感机理的研究进展

为了改进半导体气体传感器的选择性,研究人员利用四极质谱仪、气相色谱、阻抗测试、XPS等检测手段对半导体气体传感器的乙醇、硫化氢、氯气、一氧化碳、氢气、含氮化合物和有机烷烃等常见检测气体的敏感机理进行了研究,取得了一些进展。对研究所得结论和理论模型进行了概述,并提出了今后的研究方向。     

一种压缩待测气体增强气体传感的方法

针对普通气体传感器在低体积分数的气体检测中灵敏度低的问题,提出将待测气体进行压缩以增强气体传感器响应的方法,根据检测压缩后的气体响应的特征,间接得到普通状态下该气体的体积分数。设计了一种小型的样机系统来进行气体压缩和气体传感器检测,描述了系统各个模块的设计,给出了该系统的软件设计和控制流程。以H2S气体为检测对象进行了实验,分析结果表明:该方法提高了现有传感器检测低体积分数气体的能力,尤其是提高了对毒害气体的及时发现和预警防范能力。样机的试制也为该压缩传感系统的进一步小型化和提升检测性能提供了条件,具有较高的应用价值。     

混合煤气热值实用控制系统

在钢铁联合企业的燃气厂里，为了充分利用能源及减少大气污染，把高炉煤气与焦炉煤气混合后输送给下游的各个煤气用户。混合煤气热值的控制即保持混合煤气的热值为一个恒定值十分重要，因为这直接影响到以混合煤气为燃料的加热炉的燃烧状况。但是，实际情况是在绝大多数的燃气厂中混合煤气的热值没有实现自动控制而是由人工进行配比操作，热值波动较大，导致加热炉难以实现稳定燃烧，影响产品质量：混合煤气加压站操作工人劳动强度大，本文将主要介绍实用煤气热值控制系统，着重介绍热值控制。     

新型可燃性气体催化传感器及其应用研究

报道了一种可广泛用于各种可燃性气体检测,报警和监控的新型催化传感器的制造,性能和应用的研究结果.     

掘进工作面瓦斯涌出预警传感器布置位置探讨

针对矿井现有瓦斯传感器布置主要为瓦斯爆炸、瓦斯积聚等灾害监测而布置,而非为监测工作面瓦斯涌出特征而布置的情况,探讨了一种工作面瓦斯传感器的位置布置方案。试验结果表明,将传感器布置在距离工作面5m左右的距离,其监控数据较为符合工作面真实的瓦斯涌出情况,满足监测工作面瓦斯涌出特征的需要;矿井现有的掘进工作面迎头瓦斯传感器布置方式能满足监测工作面瓦斯涌出特征的需要。     

酞箐气体传感器发展趋势

酞箐作为一种重要的气体敏感材料,有着良好的应用前景。根据实用的要求,采用了各种方法来改善传感器的气体敏感特性。介绍了酞箐气体传感器发展的趋势,包括加速响应、便于检测和应用、消除基线漂移的影响、提高选择性及微型化和多传感器集成化等方面。     

Cu20纳米晶制备及其在乙醇气体传感器中的应用

以CuCl2·H2O为主要原料,抗坏血酸作还原剂,聚乙二醇-20000（PEG-20000）作表面活性剂,利用化学混合法制备了纳米晶结构的Cu2O纳米立方体。研究了pH值对Cu2O纳米结构的影响,并用XRD和SEM对产物的物相和形貌进行了表征。将粉体制成气敏元件,气敏性能测试结果表明：该Cu20纳米晶对乙醇气体具有较高的灵敏度和选择性。600℃热处理2h材料气敏特性最好,在最佳工作温度（360℃）下对体积分数为0．006％的乙醇气体灵敏度可达到38％,达到了口腔乙醇气体体积分数检测限度0．008％的要求。     

威力巴流量计在煤矿管道瓦斯流量计量中的应用

针对煤矿管道瓦斯流量计如V锥流量计、孔板流量计及超声波流量计存在安装复杂、测量精度低、永久性压力损失大等问题,介绍了一种基于差压测量原理的威力巴流量计在煤矿管道瓦斯流量计量中的应用;给出了威力巴流量计测量原理和性能特点,指出与其他均速管流量计相比,威力巴流量计的防堵性能最优。实验室和现场测试结果表明,威力巴流量计具有测量准确、结构简单和低压力损失的特点,适用于煤矿管道瓦斯流量的检测。     

对超低浓度甲烷具有高气敏性的自组装型SnO2纳米棒气敏传感器

通过热蒸发SnO2和活性炭的混合粉末的自组装方式直接在Cr-Au梳状交叉电极上制备了一层SnO2纳米棒气敏层,从而研制出了SnO2纳米棒气敏传感器,经测试,发现此传感器对于浓度范围为2～5ppm的甲烷具有非常好的探测灵敏度,继而从气敏机制、自组装制备方式、SnO2纳米棒的比表面特性及SnO2纳米棒的尺度低于得拜长度等角度解释了此传感器对甲烷具有高气敏性的原因。     

采空区瓦斯抽采实验监控系统的设计

为了实时掌握采空区瓦斯抽采实验系统的运行状况,设计了一套采空区瓦斯抽采实验监控系统。该监控系统采用EDA9017和EDA9150采集巷道瓦斯流量和浓度、风流静压力、风速值和风机的运行状态信息,并将采集的数据通过RS485总线传入PC机,使操作者通过监控界面即可了解整个采空区瓦斯抽采实验系统的运行状况。实际应用验证了该监控系统的有效性、稳定性和可靠性。