经验公式对不同变质程度煤的瓦斯解吸适用性研究

为明晰经验公式对不同变质程度煤的瓦斯解吸规律的适用性,通过对不同变质程度、不同吸附平衡压力下的解吸数据进行分析。结果表明:对于同一变质程度的煤,煤的瓦斯解吸量随时间的增加累积增加,随着吸附平衡压力的增大,煤的瓦斯解吸量逐渐增大;在同一吸附平衡压力下,随着变质程度的增加,煤的瓦斯解吸量逐渐增加;孙重旭式可用于描述不同吸附平衡压力下、不同变质程度煤瓦斯解吸规律,为研究煤层瓦斯的运移奠定理论基础。     

构造煤瓦斯解吸规律研究

通过建立实验系统,并模拟测试构造煤的瓦斯解吸过程,研究不同破坏程度构造软煤的瓦斯解吸规律,确定构造软煤在不同压力条件下的瓦斯解吸特性,为煤与瓦斯突出预测、煤层瓦斯压力和含量的预测以及估算采动落煤的瓦斯涌出提供了一定的理论依据。     

变质程度对煤样瓦斯解吸特征参数V_1值的影响实验研究

为了研究含瓦斯煤样第1 min的瓦斯解吸速度V_1值与煤层瓦斯含量W的数值关系,采用无烟煤、贫煤和长焰煤3种非构造煤种,测试了吸附平衡压力为3.0、1.7、0.5 MPa下的解吸规律。通过线性拟合处理,得到V_1与W的线性相关系数R~2在0.915 7～0.999 4之间,表明瓦斯含量W可通过V_1进行快速测定。经过现场验证:瓦斯含量测值的绝对误差为-0.63～1.25,相对误差为1.23%～8.81%,满足工程需求。     

构造煤瓦斯解吸特征及对煤与瓦斯突出的影响

通过改进的煤样瓦斯解吸装置,精确测定了不同平衡压力下构造煤与原生煤的恒温瓦斯解吸量与解吸速度数据,分析了构造煤的瓦斯解吸特征。实验结果表明:构造煤的瓦斯解吸量具有明显的分段特征,其初期瓦斯解吸量更大,第1 min内瓦斯解吸量可达120 min总解吸量的31.55%～38.07%,远高于同条件原生煤的10.94%～14.24%;构造煤的初始解吸速度可达10.11～15.75 mL/(g·min),是同条件下原生煤的的1.72～2.32倍,构造煤的初期解吸特征主要由第1 min内的解吸特性控制。通过现场数据分析了钻屑瓦斯解吸指标K_1随构造煤平均厚度变化情况,两者呈线性关系且显著正相关,说明在构造煤发育区域煤与瓦斯突出危险性显著增加。     

软硬煤瓦斯扩散系数动态变化规律的差异性

为了研究软硬煤瓦斯扩散特征的差异性,选择淮南丁集、安阳龙山2种变质程度的软硬煤样,模拟了瓦斯吸附-解吸动态扩散过程,对比了软硬煤瓦斯扩散系数的动态变化特征。采用压汞法测定了软硬煤的孔隙结构参数,分析了软硬煤解吸扩散参数差异的产生机理。结果表明:软硬煤在解吸的初始阶段,软煤的扩散系数明显大于硬煤,但随时间衰减也更快;在整个扩散时间内,煤粒瓦斯扩散系数随放散时间呈现单调递减的减函数,即呈幂函数衰减,最终趋于稳定,扩散系数体现出时变性的特征;软煤的中孔和大孔孔容明显大于硬煤,以致软煤的扩散系数明显大于硬煤;储存于不同孔隙和位置的瓦斯扩散路径的差异是软硬煤瓦斯扩散系数随时间变化的原因。     

密封取样煤的瓦斯解吸规律实验研究

基于自制的煤体瓦斯吸附-解吸实验装置,实验室模拟了反转密封取样过程,开展了不同吸附平衡压力下和不同密封时间的瓦斯解吸实验。针对实验过程中的煤样瓦斯吸附平衡-卸压-密封过程,分析了煤样罐中的瓦斯压力变化。结果表明:卸压密封过程瓦斯压力逐渐增大,是一个由非平衡状态向吸附平衡状态转变的过程,理论上随着时间的延长,最终趋向于吸附平衡状态。密封取样的瓦斯解吸是非平衡状态下的瓦斯解吸过程,其初始瓦斯解吸量明显大于常规解吸的瓦斯解吸量,随着吸附平衡压力的增大和密封时间的增大,初始瓦斯解吸量越大,其解吸规律与常规解吸基本相似。     

强烈地质构造煤瓦斯解吸规律的试验研究

为了解决推算强烈破坏煤取样过程中瓦斯损失量的问题,建立了一套具有脱气、充气、恒温和解吸测量功能的试验装置,模拟测试了强烈构造煤瓦斯解吸过程,根据模拟测定的解吸数据,构建了强烈破坏煤瓦斯解吸规律公式,确定了运用新建公式推算强烈破坏煤损失量时,煤样暴露时间应控制在3 min以内,此时的推算损失量误差小于10%.     

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。     

基于瓦斯解吸规律的掘进落煤瓦斯涌出量预测

为了准确预测掘进落煤瓦斯涌出量,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同瓦斯压力条件下瓦斯解吸实验,研究了余吾煤业3#煤瓦斯解吸规律,建立了掘进落煤瓦斯涌出量预测模型,对不同瓦斯压力在不同掘进速度的落煤瓦斯涌出量进行了预测,查明了影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素。研究结果表明:余吾煤业3#煤瓦斯解吸采用对数函数公式具有较高的拟合精度,拟合参数A和B受到煤层瓦斯压力或瓦斯含量的控制,影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素为煤层原始瓦斯压力或瓦斯含量、割煤速度及落煤停留时间。     

利用瓦斯解吸特征指标预测煤与瓦斯突出的实验研究

理论分析了掘进工作面瓦斯涌出主要受到瓦斯含量、煤体物理力学性质的影响,并通过实验室煤样解吸试验,研究了同一煤质、不同瓦斯压力、不同粒径、不同煤体力学性质的煤样在瓦斯解吸过程中存在的显著差异,指出瓦斯解吸特征指标α可以较好地反映煤体的瓦斯含量、煤体物理力学性质的变化情况。通过现场实例验证了瓦斯解吸特征指标α对于预测预报煤与瓦斯突出危险的可靠性。     

不同粒度软煤与硬煤吸附性能差异性研究

为了研究不同粒度软硬煤的吸附性能差异,进行实验室模拟实验,采用高压容量法测定不同粒度软硬煤的吸附量和吸附常数,拟合出吸附等温曲线,分析了软硬煤的吸附性能差异性随粒度的变化规律。结果表明:随着粒度的减小软硬煤吸附常数a值均增大,增大的趋势随着粒度的减小而减小。软煤在0.1 mm的粒度达到最大吸附量,而硬煤却在0.20~0.25 mm粒度时产生最大吸附量。粒度1~3 mm软煤的吸附等温曲线始终在硬煤之上,当粒度为0.20~0.25 mm和0.1 mm时硬煤和软煤的吸附等温线有1个交点,硬煤的吸附量反超了软煤。比较软硬煤吸附差值,发现随着粒度的减小,软硬煤吸附量差距减小。     

不同流场条件下的煤样瓦斯解吸规律实验研究

以实验室实验为研究手段,研究了单向、径向和球向3种不同流场条件下的瓦斯解吸规律。首先对实验进行了设计,包括实验原理、不同流场设计,并对现有吸附罐进行设计改造,实现了单向、径向及球向3种瓦斯流场状态;然后对实验装置进行加工与制作,开展了不同流场条件下的煤样瓦斯解吸实验,绘制出相应的瓦斯解吸量曲线。研究结果表明:在相同的瓦斯解吸时间内,3种流场的瓦斯解吸量与平均瓦斯解吸速度不同,且都呈现出球向流场最大,径向流场次之,单向流场最小的规律,对煤矿瓦斯防治工作具有指导意义。     

软硬煤的瓦斯扩散系数研究

为掌握软硬煤的瓦斯扩散规律,采用自研的瓦斯吸附解吸实验装置对不同吸附平衡压力条件下的软硬煤瓦斯扩散系数进行测试。结果表明:吸附平衡压力越大,煤的瓦斯扩散量越大,煤的瓦斯扩散量与时间满足幂函数的关系;煤的瓦斯扩散率随吸附平衡压力的增大而减小;在同一吸附平衡压力下,软煤的瓦斯扩散率大于硬煤;软煤的瓦斯扩散系数大于硬煤,煤的瓦斯扩散系数与吸附平衡压力满足幂指数的函数关系。     

不同变质程度煤尘的润湿性影响因素研究

为深入研究变质程度对煤表面润湿性的影响机理,选取了2种变质程度不同的煤样:褐煤和无烟煤。煤的润湿性与其结构有着密不可分的关系。利用FEI INSPECT F50场发射扫描电子显微镜对煤尘的表面形貌进行了观察;利用Bruker TENSOR27红外光谱仪分析可以在不破坏煤的原有结构的情况下更真实地反映其结构。通过煤尘的元素分析、红外光谱实验分析、SEM分析,研究不同变质程度煤的亲疏水性能。研究成果可为配制抑制煤尘配方提供依据。     

不同温度压力下低渗煤体瓦斯的解吸规律

以平顶山低渗煤体为研究对象,研究了不同温度和瓦斯平衡压力对瓦斯的解吸速率的影响。在瓦斯解吸初期,温度和瓦斯平衡压力对解吸速率的影响程度不一,但在解吸基本平衡之后,瓦斯解吸速率随温度的增加呈正比例上升,且1.5~2.0 MPa瓦斯压力的影响程度比0.74~1.50 MPa瓦斯压力的影响程度大。     

煤体瓦斯解吸规律研究综述

通过对温度、压力、水分含量、煤样粒度、孔隙度、变质程度等6种影响煤体瓦斯解吸的因素进行说明,综述了我国目前就这6种因素对瓦斯解吸的影响规律。结果表明:不同因素对瓦斯解吸具有规律性,但由于得到的规律忽略了煤地质环境的复杂性与各种因素之间存在相互影响,只是针对1种影响因素进行的研究,存在一定的片面性,因此在将来的研究中应尽量对多个因素进行综合研究,才能获得更准确的结论。     

不同煤屑形状对瓦斯解吸扩散规律影响的数学模拟

煤屑瓦斯解吸扩散规律的研究对应用解吸法测定煤层瓦斯含量以及预测煤层突出危险性有着重要的现实意义。受煤层地质条件、煤的物理力学性质、钻取工艺等多种因素影响,所取的煤屑会呈现不同的形状,其解吸扩散参数也不尽相同。通过对宏观上可根据肉眼分辨其形状的煤屑的几何形状对煤屑的瓦斯扩散规律的影响进行数学模拟,得出了不同煤屑形状下的瓦斯解吸扩散数学模型及其解析解。考虑到解吸放散时间不同,得到了不同解吸扩散模型的近似式。并通过对比分析发现,同一粒度分布范围内,煤屑瓦斯初期解吸时受到煤屑形状的较大影响;随着解吸时间的延长,煤屑形状的不同对解吸扩散规律影响趋于变小,不同形状的煤屑颗粒内部瓦斯有效扩散形状逐渐近似于球形。     

告成矿三软煤层煤粒瓦斯解吸规律试验研究

为了研究告成矿三软煤层煤样的瓦斯解吸规律,在试验设定条件下对该矿2组不同破坏程度具有典型豫西三软煤层特征的煤样进行了瓦斯吸附解吸过程模拟测试。分析计算了瓦斯解吸过程中的累积瓦斯解吸量和在5、10、30和120 min各个时间段内的解吸参数。