受火成岩侵入影响煤体瓦斯放散特性研究

为了深入研究火成岩侵入对煤体瓦斯放散特性的影响,对同种变质程度不同粒径条件下煤样的瓦斯放散初速度进行了研究,运用扫描电镜和显微分光光度计对同种变质程度下受火成岩影响和未受火成岩影响的2组煤样进行了微观分析,并用二氧化碳测微孔的方法测定了2组煤样的孔隙特性。实验结果表明:对于同种变质程度的煤种,受火成岩影响的比未受火成岩影响的瓦斯放散初速度大,且煤样粒径越小这种影响越大,煤样的瓦斯放散初速度随粒径的增加呈指数关系递减。     

瓦斯放散初速度影响因素实验研究

通过实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析,为煤吸附解吸瓦斯机理的揭示提供一定的理论基础。结果表明,在煤样吸附瓦斯饱和前,吸附时间对瓦斯放散初速度影响较大,当吸附饱和后瓦斯放散初速度不再受吸附时间的影响;瓦斯放散初速度随粒径的减小而增大;瓦斯放散初速度随水分的增加而减小。     

温度和放散空间体积对等容变压法测定瓦斯放散初速度的影响分析

在煤矿煤与瓦斯突出防治工作中,瓦斯放散初速度（ΔP）是一个重要的指标。通过资料对比、理论分析、实验研究对瓦斯放散初速度测定中温度、放散空间体积等对测定的影响进行了研究。研究表明瓦斯放散初速度在煤样一定的情况下与放散空间体积和实验温度有关。随着温度的升高,瓦斯放散初速度减小,减小的幅度和煤样自身的瓦斯放散初速度大小有关。放散空间体积越大,瓦斯放散初速度越小;不同煤样放散空间体积对瓦斯放散初速度影响不同。建议瓦斯放散初速度测定应在恒定温度下进行,实验温度建议与井下温度相同,仪器的放散空间体误差应小于1 mL。     

注水煤瓦斯放散特性的研究

为了弄清煤层注水对瓦斯放散的作用机理,结合现有的实验条件以煤样中水分含量对煤样瓦斯放散初速度的影响为切入点进行研究,通过实验,研究不同变质程度的煤样在不同含水率情况下瓦斯放散初速度的变化规律,实验结果表明煤样的放散初速度与煤样内含水率呈对数关系。煤样中的水分减缓了瓦斯放散初速度,煤样的变质程度越高,水分对其的影响就越大,且当煤样中含有2%~7%的水分时对煤样的瓦斯初始放散速度影响最大,当煤样中的含水率大于10%时,随着煤样中水分的增加,水分含量对煤样瓦斯放散速度的影响越来越小。     

不同因素对煤瓦斯放散特性的影响程度分析

煤的瓦斯放散特性是预测煤矿井下煤与瓦斯突出的关键,而瓦斯放散特性受不同因素的影响程度有所不同。利用单因素影响试验来研究煤的变质程度、含水率及粒径对煤样瓦斯放散初速度的不同影响,在不考虑因素间交互作用的情况下,通过正交试验和方差分析等方法对3种因素进行研究,同时研究其对煤样瓦斯放散初速度的影响程度。结果表明,煤的瓦斯放散速率随着煤样变质程度的增大而呈正相关关系,随着粒径的增大和含水率的增大呈负相关关系;对试验数据进行拟合,可得瓦斯放散速率与煤样变质程度呈对数函数关系,与粒径呈指数函数关系,与含水率呈二次函数关系;三因素指标同时存在时,含水率对煤样瓦斯放散初速度的影响程度最大,煤的变质程度次之,粒径最小。     

温度对煤体瓦斯放散初速度影响的实验研究

为准确测定瓦斯放散初速度ΔP,从而提高煤与瓦斯突出区域预测准确性;通过理论分析温度对瓦斯放散初速度的影响,运用自主改进的WT-1型恒温水浴瓦斯放散初速度测定仪,以土城煤矿3个采区所采集的煤样为实验对象,探究煤样瓦斯放散初速度ΔP与温度之间的关系。研究结果表明:煤体瓦斯放散初速度受温度影响,且随着温度的升高煤体瓦斯放散初速度逐渐变小,且呈现二次函数的关系。同一煤样在实验温度为10～30℃时误差较大,究其原因是受室温的影响造成,即后续研究应该充分考虑室温对煤体瓦斯放散初速度ΔP的影响。煤体瓦斯放散初速度受煤体影响,究其原因是由煤体的吸附特性造成。     

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。     

基于瓦斯放散特性单因素的煤与瓦斯突出模拟实验研究

使用三维煤与瓦斯突出模拟装置进行不同瓦斯放散特性煤样的煤与瓦斯突出模拟实验,分析单因素条件下煤样瓦斯放散特性对煤与瓦斯突出的影响。模拟实验进一步验证了煤体吸附瓦斯会在一定程度上降低煤体强度。实验结果表明,煤样瓦斯放散初速度与突出发生后残留煤体的坚固性系数呈负相关,瓦斯对煤样的粉碎作用会随瓦斯放散初速度增大而增强。提出突出强度系数综合表示突出发生的强度,数据显示:突出强度与煤样瓦斯放散初速度呈正相关,对于具有煤与瓦斯突出危险的煤层存在1个突出强度会急剧增加的阈值,当煤层的瓦斯放散初速度高于该数值时突出强度将明显增强。对于五轮山煤矿的5-3号煤层,该值介于13.9~16.8之间。     

吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响

安全生产行业标准AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》中规定的煤样吸附时间为90 min,为了验证该标准在具体应用中的局限性,选用5个煤矿挥发分相差较大的煤样进行瓦斯放散初速度测定试验,分析了吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响,研究了不同变质程度煤样的吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响规律。试验结果表明:煤的挥发分越低,所需的吸附平衡时间越长,瓦斯放散初速度的测值越高;瓦斯放散初速度受吸附平衡时间的影响较大,吸附平衡时间超过90 min后,瓦斯放散初速度仍在不断增加,最终趋于稳定。最后通过试验分析了现用标准对不同煤种的适用性,说明《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》规定的吸附时间具有一定局限性,尤其对于高变质程度的煤样,其测值达不到吸附饱和值的要求,应适当延长吸附平衡时间。     

水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响

为提高矿井煤与瓦斯突出预测的准确性,对经过干燥处理的不同含水量的无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度进行了测定。结果表明:水分对无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度均有影响,同一煤阶煤样的水分越大,瓦斯放散初速度越小;且瓦斯放散初速度随水分增加呈指数式减小,水分减小了煤样的瓦斯吸附量是造成瓦斯放散初速度减小的根本原因;水分对无烟煤瓦斯放散初速度影响最大,长焰煤居中,焦煤最小,其原因为不同煤阶煤的孔隙特性不同。