二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能研究

对同一个煤样分别充入不同压力的二氧化碳/甲烷/氮气进行初始释放瓦斯膨胀能测定试验,研究二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的关系,并分析二氧化碳/甲烷/氮气条件下的煤层突出危险性。结果表明:对于同种气体,煤样的初始释放瓦斯膨胀能与吸附平衡压力均成正相关关系,吸附平衡压力越大,煤样的初始释放瓦斯膨胀能越大,煤层突出危险性越大;对于不同气体,在吸附平衡压力相等的情况下,充二氧化碳的煤样具有较大的初始释放瓦斯膨胀能,突出危险性较大,充甲烷的次之,充氮气的最小。这一结论可以为解释煤矿现场突出和实验室突出模拟过程中的一些现象提供重要的依据。     

多因素对初始释放瓦斯膨胀能影响的实验研究

通过对煤层初始释放瓦斯膨胀能的测定,能够实现对煤层突出危险性的准确预测。在单因素对初始释放瓦斯膨胀能影响的研究基础上,通过正交实验研究了包含瓦斯压力、煤样的粒径和水分在内的多因素对初始释放瓦斯膨胀能的影响。研究发现:瓦斯压力、煤样的粒径和水分对初始释放瓦斯膨胀能的影响程度在依次降低;瓦斯压力对初始瓦斯膨胀能的影响程度最大;测定时的抽真空过程会降低煤样原有水分值。     

平寨煤矿主采煤层煤与瓦斯突出危险性研究

选用贵州省平寨煤矿I,Ⅱ,Ⅲ煤层作为研究对象,通过现场测定煤层瓦斯压力、取煤样观测煤的破坏类型、测定瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数及结合初始释放瓦斯膨胀能,综合判断该类煤层是否具有潜在突出危险性．测试结果表明：平寨煤矿I,Ⅱ,Ⅲ煤层瓦斯压力均未超过《防治煤与瓦斯突出规定》规定的临界值0．74MPa,但煤层煤样的初始释放瓦斯膨胀能均超过了突出的临界值42．98MJ／g．综合评定该3层煤均为具有突出危险性煤层．     

富润煤矿煤与瓦斯突出危险性预测

通过对煤层煤样的各项单项指标的测定,包括相对瓦斯压力,煤的破坏类型,煤的坚固性系数,煤样的瓦斯放散初速度,最后结合煤的初始释放瓦斯膨胀能指标对煤层的突出危险性进行综合性预测。     

煤样粒径对初始释放瓦斯膨胀能影响的试验研究

为研究煤样粒径对初始释放瓦斯膨胀能的影响,对薛湖煤矿二2煤层不同粒径(0.5~1、1~2、2~5、5~10、10~15 mm)的煤样在同一温度条件下测定它们的初始释放瓦斯膨胀能。结果表明,任一粒径的煤样均随瓦斯压力的增大,具有的初始释放瓦斯膨胀能增大;在相同的瓦斯压力条件下,煤样的初始释放瓦斯膨胀能与平均粒径大致成负指数下降的关系,煤样粒径越大,初始释放瓦斯膨胀能越小,反之亦然。所以,煤体在地应力作用下破坏后平均粒径越小,发生突出的危险性越大。研究结果证实了降低煤层瓦斯压力和通过煤体固化提高煤体强度均可降低煤层突出危险性。     

初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力关系的修正

基于初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力成正相关,通过对突出煤样与非突出煤样的初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力数据进行数理分析,在保证满足工程实践的前提下,确定了最佳的瓦斯压力值选取方式,得出了可以拟合出本煤层的初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力方程式最合适的瓦斯压力数据点数。有效地解决了实验取值过多、实验周期长的问题。     

初始释放瓦斯膨胀能与煤体破碎程度的关系研究

通过在同一试验条件下,对不同破碎程度(不同筛分模数)的煤样进行初始释放瓦斯膨胀能实验研究,得出了初始释放瓦斯膨胀能和筛分模数之间存在着指数增加的关系。从而很好地解释了石门揭煤条件下煤体破碎程度与突出的关系。对避免石门揭煤突出危险性预测因f值测定造成误差出现危险,准确地预测石门揭煤突出危险性有着十分重要的意义。     

瓦斯膨胀能与瓦斯压力及瓦斯放散初速度的相互关系

选取2个煤矿,分别在不同标高测定煤层瓦斯压力,在实验室对各点煤样进行初始释放瓦斯膨胀能和瓦斯放散初速度测定。通过观察发现,初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力及瓦斯放散初速度之间存在近似的线性关系,用多元线性回归来构造三者关系模型,得出三者关系曲线。在考虑瓦斯放散初速度为常数时,根据关系曲线可以得到石门揭煤前的安全瓦斯压力,为防止煤与瓦斯突出提供一种简单方便的方法。     

晨光煤矿煤与瓦斯突出危险性预测

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全的重要灾害之一。煤与瓦斯突出矿井的突出危险性预测评估工作,对规范矿井生产、科学制定矿井瓦斯灾害防治措施、指导保证生产安全有着十分重要的意义。通过对煤的各项单项指标的测定(包括相对瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数、煤样的瓦斯放散初速度),结合煤的初始释放瓦斯膨胀能指标对煤层的突出危险性进行综合性预测。     

灰关联方法在石门揭煤突出预测指标优选中的应用

石门揭煤突出预测指标主要有两种：综合指标D,K和初始释放瓦斯膨胀能指标.为了比较两种指标的优越性,通过现场钻取煤样,在试验室对其进行测定,并利用灰关联分析方法进行指标优选.分析结果表明：初始释放瓦斯膨胀能反映煤与瓦斯突出危险性的准确程度要高于综合指标D和K值.因此,预测马家沟矿突出的最好指标是初始释放瓦斯膨胀能.     

煤与瓦斯突出过程中能量耗散规律的研究

对煤与瓦斯突出过程中煤体质点内的能量耗散过程用热力学定律进行了分析；论证了由地应力引起的弹性潜能最先消耗在煤体的破碎上，为谋体内瓦斯能的释放创造了条件；在突出过程中起决定作用的是煤体本身释放的初始释放瓦斯膨胀能．通过突出模拟及测定表明，受地应力破坏后的含瓦斯煤体在卸压初始时刻确实有一个释放瓦斯膨胀能的能量峰，并且该能量峰的大小与揭煤时的动力现象显著与否密切相关．     

基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型

针对华南地区突出矿区分布广泛、煤与瓦斯突出事故严重的现状,结合该地区地质构造复杂构造煤广泛分布和大部分矿井采用炮采炮掘工艺的特点,提出一种基于爆炸应力波和构造煤带孕育煤与瓦斯突出危险状态的模型,并对该模型进行了理论分析。研究表明:爆炸应力波在传播过程中形成的稀疏波会引起该波经过的区域密度减小、体积增大,煤层瓦斯压力降低,进而破坏煤体瓦斯原有吸附平衡状态,大量吸附瓦斯解吸导致煤层瓦斯压力上升;当掘进工作面前方煤体一定深度存在构造煤带时,爆炸应力波从掘进工作面爆源传至未破坏煤体与构造煤带交界面,由于爆炸应力波的反射加强作用使构造煤迎波一侧未破坏煤体产生拉伸破坏,而掘进工作面前方存在的应力集中带不会引起爆炸应力波对煤体产生反射拉伸加强破坏作用;掘进工作面向构造煤带推进需要周期性的爆破作业,爆炸应力波的强度随着距爆源的距离增加而衰减,产生的爆炸应力波对煤体的瓦斯解吸作用和破坏作用不断增强,产生爆炸应力波的累加效应。     

构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究

利用自制的煤样瓦斯解吸试验装置,在恒温30 ℃、不同压力、不同粒度条件下,研究平顶山和鹤壁的原生结构煤和构造煤的瓦斯解吸初期速度和解吸量,分析构造煤瓦斯解吸初期的影响因素,建立构造煤瓦斯初期解吸数学模型。实验结果表明：与原生结构煤相比,构造煤瓦斯解吸初期速度更大,其初始解吸速度为1.23~4.20 mL/(g·min),是相同实验条件下原生结构煤的1.36~2.84倍,尤其在前1 min内差别较大;构造煤瓦斯解吸量是一条单调递增的幂函数曲线,0~10 min的瓦斯解吸规律具有分段性,可分为快速解吸段、缓慢解吸段和平稳解吸段,构造煤前10 min瓦斯解吸量可达1 h内解吸总量的60%。分析认为构造煤中大孔和过渡孔的发育程度决定了构造煤瓦斯初期特征;构造煤瓦斯解吸初速度随粒度的减小而增加,但是在极限粒度以下煤粒度对瓦斯初期解吸速度影响较小;瓦斯解吸初速度与吸附平衡压力呈幂指数关系;构造煤瓦斯解吸初期曲线符合文特式。     

煤与瓦斯突出能量的研究

利用研制的煤与瓦斯突出模拟实验装置,对芙蓉、丰城、乐平、涟邵、白沙、梅田、六枝等煤与瓦斯突出重点局矿的19个煤样进行了98次机械功破碎实验、123次瓦斯内能破碎实验,并对19个煤样进行了工业分析、坚固性系数测定、放散初速度测定等实验,在此基础上,建立了以地应力、瓦斯压力、煤的坚固性系数及放散初速度表述的发生煤与瓦斯突出的能量关系式,并对六枝矿务局化处矿一次突出进行了具体分析。     

煤层气井水力压裂伴注氮气提高采收率的研究

最大限度地提高CH4气体初始解吸压力是提高其采收率的重要途径之一。针对我国"低压"煤储层的临储压力比小、初始解吸压力低、活性水压裂效果不甚理想的现状,系统分析了水力压裂伴注N2增能压裂提高采收率的机理,结合施工现场情况,设计了水力压裂伴注N2增能压裂煤储层工艺参数。屯留井田水力压裂伴注N2增能压裂与常规活性水压裂的临界解吸压力对比表明:水力压裂伴注N2能提高煤层气井排采初期的临界解吸压力,在其他条件相同的情况下,一定程度上能提高煤层气井的采收率。     

基于吸附动力学理论分析水分对煤体吸附特性的影响

为了研究块裂煤体在不同储水状态下的吸附特性差异,选用潞安余吾煤矿的贫煤和阳煤开元煤矿的无烟煤并加工成Φ100 mm×150 mm的大块圆柱体煤样,保留了煤体原有的裂隙,基于吸附动力学理论,采用自主研制的吸附-注水成套实验系统,针对两煤种设计了6种不同含水率下的瓦斯吸附特性实验,并对同等初始条件下的定容吸附速率进行了研究。结果表明:水分作用下,对于相同初始压力下的定容吸附,1号和2号煤样干燥时的吸附速率分别是饱和含水时的16倍和22倍,吸附量分别是饱和含水时的5倍和32倍,通过孔隙测定结果,证实1号煤样具有更为发育的孔隙裂隙通道;关于终态吸附量随含水率的增加而降低的趋势,1号煤样是非线性的,但2号煤样呈现较好的线性衰减。