外加水分对煤中瓦斯解吸抑制作用试验研究

为研究外加水分对瓦斯解吸的抑制作用,在自制的实验装置上对不同外加水分煤样瓦斯解吸过程进行了测试.结果表明:水分具有抑制煤层瓦斯解吸的作用,当煤样水分由0.05％增至8.39％时,最大解吸瓦斯量由12.525 mL/g降至4.284 mL/g,降低65.80％,初始瓦斯解吸速度由2.07 mL/(g·min)降至0.33 mL/(g·min),降低84.06％;外加水对煤的最大抑制瓦斯解吸率为42.48％;瓦斯解吸指标随水分的增加呈现对数式减小,增加煤层水分,能够有效降低煤层瓦斯解吸指标值,实验条件下,当水分含量大于5.19％时,钻屑瓦斯解吸指标K1值降至消突临界值0.5 mL/(g·min1/2)以下.研究表明:采用煤层注水的方法来降低和消除煤层瓦斯突出危险性是可行的.     

潞安矿区3~#煤层瓦斯解吸规律的测定

煤层瓦斯含量是矿井瓦斯防治的一个基础参数 ,它对矿井瓦斯涌出量的大小起着重要作用。而在矿井瓦斯防治中 ,更具有实际意义的是煤层在常压下可解吸 (即能够涌出 )的瓦斯量。为了有效地进行瓦斯涌出量的预测和防治 ,就需要掌握煤层瓦斯的解吸规律和可解吸瓦斯量。为此 ,利用井下钻孔法对潞安矿区 3# 煤层可解吸瓦斯量进行了测定 ,并得出了潞安矿区 3# 煤层瓦斯的解吸规律。     

电化学强化煤瓦斯解吸渗透机理初步研究

针对煤瓦斯的储集运移特性,提出了通过电化学强化煤瓦斯解吸渗透性以提高煤层瓦斯抽放率和抽放效果的研究思路。对电磁场和地电场强化煤瓦斯解吸渗透机理进行了分析,提出了电化学强化煤瓦斯解吸渗透的研究方法,并对其可行性进行了分析,为实现电化学强化煤瓦斯解吸渗透提供基础理论依据。     

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。     

应力对含瓦斯煤解吸特征影响的试验研究

深部开采时地应力的升高和剧烈开采的扰动,容易在采掘工作面形成应力集中区,从而导致应力主导型的突出事故和冲击-瓦斯复合动力灾害发生。为了探索深部开采时应力对含瓦斯煤解吸及涌出特征的影响规律,提高矿井瓦斯灾害治理的精准性,以焦作矿区九里山矿无烟煤为研究对象,利用煤岩三轴渗流-吸附-解吸试验装置进行了不同应力状态下煤样的等温解吸试验和恒吸附压力下的应力解吸响应试验,分析了应力作用对煤的解吸涌出特征的影响规律。研究结果表明:应力直接影响含瓦斯煤的解吸能力,决定应力集中区煤层瓦斯的涌出特征;在吸附等量瓦斯气体的情况下,煤的瓦斯解吸累积量、解吸初始速率均随着应力增加逐渐增大,解吸速率衰减指数随应力增加变化不大但呈现逐渐减小趋势,应力作用促进了煤样的瓦斯解吸;通过恒吸附压力下煤样对不吸附性气体(He)和吸附性气体(CH_4)应力解吸响应的对比试验,验证了应力作用会明显诱导煤样的解吸行为,导致相同条件下煤样的吸附能力降低;研究结果阐明了应力对含瓦斯煤解吸涌出特征的影响,揭示了应力对煤基质瓦斯解吸的诱导作用,对深部开采煤层瓦斯灾害的防治和煤层气的开采具有理论和工程实践意义。     

基于瓦斯解吸率的煤中瓦斯含量测定新方法

为高效便捷测定煤层瓦斯含量,提出了利用瓦斯解吸率确定瓦斯含量的测定方法。瓦斯解吸实验表明,同一煤样在不同吸附平衡压力下瓦斯扩散系数值及变化相近,瓦斯压力在解吸初期对瓦斯解吸率影响较小。基于此,提出利用解吸率初期具有一致性的特点来确定煤层瓦斯含量。新方法不需要选用解吸模型,并节省了残存瓦斯含量测试过程。在现场同一地点,分别利用新方法与井下煤层瓦斯含量直接测定法进行了对比验证,表明新方法具有工程应用可行性。     

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。     

温度场变化对高压注水煤体瓦斯解吸量影响规律研究

通过不同温度条件下煤与瓦斯吸附、解吸实验,研究了煤与瓦斯吸附、解吸的微观机理,重点分析了高压注水对煤体瓦斯吸附、解吸的影响规律.利用具有压力控制单元和温度控制单元的煤样吸附解吸实验系统,测定煤样在不同温度下瓦斯的解吸量,通过吸附压力降低曲线计算出了吸附速率.     

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。     

受载煤样瓦斯解吸规律实验研究

为了查明受载煤样瓦斯解吸规律,自行设计了受载煤岩恒压瓦斯吸附解吸实验装置,进行了不同轴压和瓦斯压力条件下柱状煤样瓦斯解吸实验,分析了轴压和瓦斯压力对瓦斯解吸的影响,并根据瓦斯解吸经验公式,对实验结果进行了拟合。研究结果表明:在相同轴压条件下,瓦斯压力越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;在相同瓦斯压力下,轴压越高,煤样瓦斯解吸量越大,解吸速率越快;轴向受载煤样瓦斯解吸规律符合艾黎公式,式中m值能够表征煤体内部孔裂隙发育程度。随着轴压增加,微裂隙逐渐发育,m值逐渐减小。     

煤与页岩中瓦斯解吸特性对比实验研究

为了分析煤与页岩中瓦斯解吸特性,以四川盆地龙马溪组黑色页岩和重庆南桐煤矿无烟煤为研究对象,利用瓦斯吸附/解吸装置,开展了不同温度条件下的瓦斯解吸实验,研究结果表明：瓦斯初始解吸速率极快,随着时间的增加,解吸速率逐渐减小,解吸量最终达到最大值;随着温度的增加,瓦斯最终解吸量增大,煤的解吸量增幅明显大于页岩;同等条件下煤在瓦斯解吸量和解吸时间上大于页岩,但页岩的瓦斯解吸速率大于煤。基于渗透模型,通过引入曲率的概念,将瓦斯解吸过程划分为急速解吸、快速解吸、缓慢解吸、极缓解吸4个阶段。     

煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究

为了进一步研究煤层中瓦斯解吸扩散的特征及其规律,设计了等温瓦斯吸附解吸实验系统,该系统主要由温度控制系统,瓦斯吸附解吸系统和数据采集与处理系统3部分组成。通过自制煤样,实验研究了2种煤质、2种粒度的4种不同煤样在30℃恒定温度、不同吸附平衡压力点下的瓦斯解吸扩散规律。通过对比分析,提出了瓦斯累计解吸量与时间之间的关系式,建立的煤的瓦斯累计解吸量的数学模型,并分析了影响模型中各参数变化的因素。     

基于红外作用条件下瓦斯解吸特征实验研究

为了研究红外作用条件下的颗粒煤吸附/解吸特征,采用自主研发的红外条件下的吸附/解吸装置,通过不同红外温度条件下颗粒煤解吸实验以及红外和水浴条件下颗粒煤解吸对比实验,结合不同吸附/解吸公式对实验数据进行拟合分析。研究结果表明:红外能够促进颗粒煤解吸,增大解吸速率,增加解吸量;在相同的吸附条件下,红外作用下的解吸总量是水浴条件下的1.3~1.4倍;红外作用下颗粒煤的解吸符合有上限单调递增函数,且王佑安式能很好的描述解吸特性。     

瓦斯解吸指标与煤层坚固性系数关系的现场实验研究

根据瓦斯解吸指标K_1值的测定原理及现场测定方法,对山脚树煤矿的24#煤层进行了K_1与煤层坚固性系数f的测定,研究了瓦斯解吸指标K1随煤层坚固性系数f的变化特性,结果表明:瓦斯解吸指标K_1与煤层坚固性系数f之间有显著的相关性,且两者之间呈现很好的幂函数特性,与现场局部突出预测情况相符合。     

煤样瓦斯解吸的机械能效应实验研究

以煤样瓦斯解吸过程作为研究对象,运用能量守恒的研究方法,设计出一套测量煤样瓦斯解吸过程中的机械能效应的设备。实验采用阳泉煤业集团的3种煤样,得出不同煤样的解吸机械能效应是不同的,且突出煤样的机械能效应大于非突出煤样的机械能效应的结论。     

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。     

水-热耦合作用下的煤中瓦斯解吸规律试验研究

以贵州低渗、较难抽采突出煤层为研究对象,借助HCA高压容量法瓦斯吸附装置,开展了不同温度及含水率条件的瓦斯解吸试验。研究表明:温度与煤中瓦斯解吸量呈正相关关系,含水率与煤中瓦斯解吸量呈负相关关系,温度和含水率对煤中瓦斯解吸影响最剧烈时段均集中于前30 min;利用改进的巴雷尔式推导了水-热耦合作用下煤中瓦斯解吸量量化关系式;理论分析了4个不同耦合区域对煤中瓦斯解吸量的影响。     

压力对煤瓦斯吸附解吸性能影响的实验研究

以山东科技大学三维瓦斯模拟实验台为实验平台,以煤层瓦斯吸附解吸基本理论知识为依据,对同一含水率下煤层瓦斯吸附解吸规律进行了研究,结果表明:瓦斯压力对煤层瓦斯吸附解吸能力有重要作用,瓦斯压力越大瓦斯吸附量、解吸量越大。     

水分对二_2煤层瓦斯吸附解吸规律的实验研究

以某矿无烟煤为例,通过改变煤中水分含量,用实验模拟方法研究了不同水分含量条件下的构造煤的瓦斯吸附-解吸规律,确定了构造软煤在不同水分、不同破坏类型和不同压力条件下的瓦斯解吸特征,为煤与瓦斯突出预测、煤层注水和煤矿瓦斯灾害的防治提供一定的理论依据。