气体分压定律在确定瓦斯压力中的应用

针对目前间接法测试瓦斯压力未考虑气体组分的问题,利用道尔顿分压定律对不同气体组分瓦斯压力的计算进行修正。研究结果表明:当混合气体中CH4组分大于90%时,可以直接利用Langmuir方程计算煤层瓦斯压力,误差在5%以内;当混合气体中CH4组分小于90%时,必须利用气体分压定律,分别计算各气体组分的压力,然后再计算得到混合气体的压力。修正后,计算的瓦斯压力误差在5%以内,能够满足工程需要。     

分析组分对间接法测定煤层瓦斯压力的影响

当煤层瓦斯中的CH4浓度低于80%时,用朗格缪尔气体吸附方程间接测定煤层瓦斯压力可能出现一定误差,因此在进行煤层瓦斯压力计算时,将煤层瓦斯的多组分气体折算成CH4气体来计算瓦斯压力,结果表明:这种校正后间接测定的瓦斯压力误差平均为0.08 MPa,而不直接进行校正测定的平均误差为0.12 MPa,经校正后间接测定的误差可满足实际使用的要求。     

黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体爆炸特性及预警技术研究

针对黄陇矿区含油型气矿井瓦斯涌出随机性强、气体组分不稳定、防控难度大的特点,通过分析瓦斯-油型气混合气体组分特性,采用可燃性混合气体爆炸极限测算方法以及10 L球形多组分气体爆炸试验,研究了瓦斯-油型气混合气体爆炸范围的变化规律,提出了基于CH4浓度和采空区煤自燃联合防控的瓦斯-油型气混合气体爆炸预警技术,建立了瓦斯-油型气混合气体爆炸预警指标体系,设计了混合气体爆炸预警系统。结果表明,黄陇矿区瓦斯-油型气混合气体组分中CH4降低到13%～67%,C3H8和C4H10升高到10%～30%,各向异性明显;烷烃类气体增加,使得混合气体爆炸范围降低为1.85%～9.85%,混合气体爆炸危险度升高到4.32,高于普通矿井2.15倍;确定了黄陇矿区回风巷CH4的预警体积分数为0. 38%,基于煤自燃氧化升温试验得出了煤自燃监测指标为CO、φ(C2H4)/φ(C2H6)。研究成果为瓦斯-油型气混合气体爆炸灾害防控提供了依据。     

甲烷浓度对间接法测定煤层瓦斯含量的影响

大量实测资料表明煤层瓦斯的组分中,除CH4外尚含有一定比例的N2和CO2。在间接法测定煤层瓦斯含量时,由于使用的是煤对纯CH4吸附实验所测定的吸附常数,因此在瓦斯组分中CH4浓度较低的情况下,间接法计算的煤层瓦斯含量会出现一定误差,而且CH4浓度愈低造成的误差愈大。对多组分气体的吸附情况进行了讨论,并提出了校正吸附瓦斯总量的计算方法。     

受限空间内CO影响瓦斯爆炸的数值模拟

为探求受限空间中CO对瓦斯爆炸的影响,建立了受限空间中瓦斯爆炸反应的计算模型,其化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。结果表明:向瓦斯空气混合气体中充入CO,CO作为瓦斯爆炸的中间产物参与CH4的氧化链式反应,一方面瓦斯爆炸的时间延迟,另一方面爆炸后混合气体中CO2体积升高,CO、NO、NO2体积下降。随着瓦斯混合气体中CO体积分数的升高,瓦斯爆炸产生的温度和压力先升高后降低。     

含重烃煤吸附CH_4-C_2H_6二元气体实验研究

为研究含重烃煤层气体的吸附特性,利用自制的混合气体吸附/解吸实验装置,对不同组分配比的CH_4-C_2H_6二元气体进行等温吸附测试,分析了混合气体吸附特征参数与平衡压力和组分配比之间的定量关系,并据此建立了二元混合气体吸附预测模型。结果表明:在相同平衡压力下,煤样对单组分C_2H_6的吸附能力明显大于煤样对CH_4的吸附能力。压力增加,CH_4-C_2H_6二元混合气体中C_2H_6优先吸附,游离相摩尔分数快速下降。混合气体的吸附摩尔比与吸附压力呈指数函数关系,参量与组分配比呈线性关系。通过新模型预测的各组分吸附量与实测结果之间的误差小于5%。     

主动测压法测定煤层瓦斯压力中补偿气体的选择

为选择合适的气体作为主动测压法测定钻孔煤层瓦斯压力中的补偿气体,从煤对CH4、CO2和N2的吸附性研究入手,证实了煤层对CH4和N2的吸附-解吸是可逆的,而对CO2的吸附解吸是不可逆的,并分析了CO2作为补偿气体对CH4的吸附-解吸平衡产生的影响,最终提出了N2更适合作为补偿气体。通过现场实践表明：CO2作为补偿气体测得的瓦斯压力存在一定的误差,误差可达0.05～0.20 MPa,而N2作为补偿气体时误差较小,能够较准确测得煤层原始瓦斯压力。     

CO2驱替煤层CH4中混合气体渗流规律的研究

CO2驱替开采煤层气过程中,由于CO2和CH4的竞争吸附,CO2/CH4混合气体在运移时CH4体积分数会不断发生改变,进而影响煤体变形和渗透特性。利用自主研发的三轴渗流系统,采用稳态渗流法对焦煤样进行单一组分气体(He,CH4和CO2)和不同配比的CH4/CO2混合气渗流试验。渗流过程中保持温度和体积应力(30 ℃、33 MPa)恒定,并利用LVDT测量煤体的轴向变形。结果表明:① He和不同配比CH4/CO2混合气的渗流过程均受滑脱效应的影响,气体渗透率随入口压力增大呈先减小后缓慢增大的变化;对于非吸附He,入口压力Symbol|@@2 MPa时滑脱效应对气测渗透率的影响要远远大于有效应力效应;② 在一定的体积应力条件下,不同配比CH4/CO2混合气体吸附引起的煤体膨胀应变随入口压力增加而增大,变化规律符合Langmiur方程,且在相同入口压力条件下,混合气体中CO2浓度越高,煤体膨胀应变越大;③ 在考虑有效应力效应、吸附膨胀应变对渗透率的动态影响以及滑脱因子b随煤体渗透率变化的基础上,建立了煤体气测渗透率理论模型,该模型能够描述不同配比CH4/CO2混合气体以及He渗透率随入口压力的变化;④ 随着煤储层CH4/CO2混合气体压力增大或者CO2体积分数升高,基质膨胀应变对煤体渗透率的影响逐渐减小。煤体中靠近孔裂隙的基质吸附膨胀对渗透率的影响(β)随入口压力的增加逐渐减小;CH4/CO2混合气体中CO2体积分数越高,β减小速率越大。     

多元可燃气体爆炸压力峰值的数值模拟

基于Fluent数值模拟软件,模拟了多元可燃气体在不同气氛(气体浓度、点火能量、初始压力)条件下CH4的爆炸压力峰值的变化规律。结果表明:加入CO气体后,浓度6%的CH4爆炸压力峰值增加22%,浓度12%的CH4压力峰值降低25%;加入C2H6,浓度6%的CH4爆炸压力峰值增加55%,浓度12%的CH4爆炸压力峰值降低64%;加入H2,浓度6%的CH4爆炸压力峰值增加22%,浓度12%的CH4爆炸压力峰值下降5%。当点火能量从1 J增加到10 J时,浓度9%的CH4爆炸压力峰值增加31%;当压力从101 325 Pa增加到1.5×101 325 Pa,浓度9.5%的CH4压力峰值增加24%。     

注二氧化碳驱替煤中甲烷实验研究

利用注CO2的方法可以有效驱替煤中CH4,提高CH4采抽率。为了研究驱替过程特征以及不同驱替压力和流量对驱替过程的影响,利用自制的驱替实验系统,在2.4、1.8、1.2、0.6 MPa等不同注气压力下分别进行了流量为15、10、5 mL/min的驱替实验。实验结果表明,驱替过程是由气体置换、携带、稀释等共同作用的结果。驱替过程初期,CH4组分浓度下降到30%～40%,表现为气流携带起主导作用,中期CH4组分浓度下降到5%～10%,表现为置换解吸起主导作用,后期CH4组分浓度下降到5%后趋于稳定,表现为气流稀释起主导作用。驱替流量变大,气体置换作用变弱,携带、稀释作用变强。驱替压力能有效影响驱替效果,压力越大,驱替效果越好。     

煤层瓦斯压力及压力梯度影响因素的分析

由于煤层瓦斯压力的影响因素多且复杂,通过建立理论模型,得出了煤层瓦斯压力与煤层埋深、煤岩弹性模量、泊松比、温度梯度和地应力梯度等影响因素的关系式,并结合数值分析,对煤层瓦斯压力与其相关影响因素的关系进行了分析。通过分析得出,煤层瓦斯压力随着煤层埋深的增加而变大,在同一煤层埋藏深度,煤层瓦斯压力随弹性模量、泊松比、温度梯度的增加而降低,随地应力梯度的增加而增大。同时,煤层瓦斯压力梯度随煤岩弹性模量和泊松比的增大而增大,当煤岩弹性模量和泊松比较小时,煤层瓦斯压力梯度的变化率较小,当煤岩弹性模量和泊松比较大时,煤层瓦斯压力梯度的变化速率迅速增加。煤层瓦斯压力梯度随温度梯度和地应力梯度的增大而增大,基本呈线性变化。     

瓦斯压力随瓦斯量变化的特性

根据范氏气态方程,结合实例分析说明,在瓦斯温度和贮存瓦斯容器的容积一定的条件下,瓦斯压力总是随着容器中的瓦斯量的增大而增大,但这种增大不是直线上升,而是一个由减速增大过渡到加速增大的过程。     

钻孔流量推算煤层残余瓦斯压力的方法

运用渗流力学中持续平面点源和Darcy定律,结合实际气体的压缩状态方程,分析煤层瓦斯抽采过程中瓦斯流动的规律,建立了瓦斯流量和残余瓦斯压力之间的模型。形成了利用初始渗透率、钻孔瓦斯流量和甲烷状态参数表示钻孔径向瓦斯压力场和计算煤层残余瓦斯压力的方法。从而形成了一种利用渗流理论估算抽采期间煤层残余瓦斯压力的新方法。     

煤层瓦斯压力计算

介绍了德国在煤与瓦斯突出危险的研究过程中，用计算方式求煤层瓦斯压力的方法，并对其结果进行了分析对比     

“测压-抽采”一体化底板油型气压力测定技术

为了准确测定煤油气共生矿井底板油型气压力值,在综合分析黄陵矿区2煤底板油型气特征的基础上,提出了"测压-抽采"一体化的底板油型气压力测定技术,研究结果表明:2煤底板涌出气体是典型的油型气,在底板岩层中以游离态为主,分布具有不连续性,利用常规测压方法测值严重偏低,采取"测压-抽采"一体化的底板油型气测定技术实测黄陵2号煤矿底板油型气压力为0.48~1.12 MPa,压力恢复周期为0.18~8.0 h。     

压力传感器测定煤层瓦斯压力的试验

应用压力传感器对煤层瓦斯压力进行在线监测,数据上传到地面计算机,实现实时监测、数据存储和生成曲线,为煤层瓦斯压力测定提供更准确的数据,克服了用压力表测定人工读取数据和记录的不足,实现了煤层瓦斯压力测定由人工抄录数据向监测技术的转变。     

基于高压注浆与胶囊压力黏液封孔技术的瓦斯测压

在顶底板岩石破碎或可能存在含水层的岩层中,为了快速准确测定煤层瓦斯压力,提出了高压注浆固结岩层技术结合胶囊压力黏液封孔测压技术方法,该法可以有效密实裂隙和微隙、阻止承压水与裂隙水进入测压室,较快地测出煤层瓦斯压力,将该法应用于顺达煤矿四号井K11煤层,2号钻孔和3号钻孔的黏液压力稳定在了所要求的压力范围内,在48 h内测得了K11煤层瓦斯压力为0.52 MPa.     

基于瓦斯解吸特性推算煤层瓦斯压力的方法

为了能够准确快速确定煤层瓦斯压力,基于煤层瓦斯解吸特性提出了确定煤层瓦斯压力的新方法.通过对煤屑瓦斯扩散过程理论解的进一步分析得出煤层瓦斯压力与煤屑解吸对1~3mm粒径煤样具有确定关系.解吸测定,通过不同公式对解吸数据的拟合分析发现对数公式能够更好的拟合解吸曲线,从而确定对数公式为最佳拟合公式.对数公式中系数A能够表明煤样在不同瓦斯压力下解吸趋势的差异性,与瓦斯压力具有指数关系.并且在不同暴露时间下其数值可以保持在稳定值,可以利用系数A与瓦斯压力的关系进行煤层瓦斯压力的推算.     

均压密闭法抽放采空区瓦斯的探讨

采空区瓦斯涌出量的大小对采区和工作面的瓦斯涌出均有很大的影响,为了减少采区和工作面的瓦斯涌出,确保工作面的安全生产,从理论上提出了采用均压密闭法抽放采空区瓦斯的针对性措施。