电化学改性对贫煤瓦斯吸附解吸特性的影响

电化学方法应用于强化煤层瓦斯抽采的效果主要取决于工程设计与参数选取的合理性。采用实验室实验的方法,用H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液分别对贫煤进行电化学改性,对改性前后煤样的瓦斯吸附解吸特性进行了测试,并通过低温液氮吸附测试和红外光谱测试分析了改性对贫煤煤样孔隙结构和表面基团的改变。结果表明:未改性煤样的饱和吸附量为30.03 mL/g,Langmuir压力为0.88 MPa,最终解吸率为83.20%;经H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液电化学改性后,煤样的饱和吸附量分别为23.70、26.67、32.79 mL/g,煤样的Langmuir压力分别为1.15、1.05、0.80 MPa,煤样的最终解吸率分别为90.10%、87.84%和81.71%;用H2SO4电解液电化学改性后的贫煤,比表面积最小,平均孔径最大,含氧官能团数量最多,故抑制瓦斯吸附、强化瓦斯解吸的效果最好。     

SDS溶液改变无烟煤润湿性与冲击产尘粒径分布的实验研究

为了提高无烟煤层注水效果,采用不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对无烟煤样进行了浸泡改性,并对浸泡改性前后煤样的表面基团、煤/水动态接触角、自然吸水率以及冲击产尘粒径分布规律进行了测试和分析。结果表明:SDS溶液浸泡改性使无烟煤样润湿性增强,煤/水动态接触角随SDS溶液浓度的增加呈指数规律降低;改性煤样的自然吸水率随着SDS溶液浓度的增加呈指数规律增加。自然煤样和改性煤样在饱水状态下的冲击破碎产尘粒径-质量分布具有分形特征,煤样的自然饱水率越高,受冲击产尘粒径-质量分布的分形维数越小;随着SDS溶液浓度的增大,其改性煤样的冲击产尘粒径-质量分布分形维数减小,即产生的微细粉尘总量减少。     

浅埋深L型综放工作面采空区自燃防治技术研究

为防治浅埋深综放工作面采空区遗留煤炭自燃,对路天煤矿L型综放工作面的煤层赋存与开采技术条件、煤质特征、煤的自燃特性和自燃标志性气体与指标优选进行了系统研究。为治理采空区自然发火,先后实施了在工作面隅角挂挡风帘、垒沙袋墙、合理配备风量等初步防治措施和改变工作面通风方式由抽出式负压为压入式正压,以及在地面沉陷区实施填埋碾压、铺塑料薄膜封闭的专项防治措施。结果表明,采用地面填埋碾压和铺塑料薄膜封闭的专项防治措施后,采空区CO体积分数由39×10~(-6)降低到了7.5×10~(-6)以下,O_2体积分数由17.8%降低到了5%以下,实现了浅埋深自燃厚煤层L型综放工作面的安全生产。     

煤岩流体电动力学研究进展

煤岩流体电动作用在地下资源开采中的工程应用逐渐增多,如强化油气采收、井巷软岩加固和矿山导流增注等。但是工程设计与参数选取的盲目性折射出该方面理论的滞后。从介质运移特性、宏观物性和结构变化3个方面综述煤岩流体电动作用的研究进展,指出新形势下存在的主要问题:介质传输过程不清晰、多场耦合规律未开展、宏观物性的微结构响应机制不明确、表面吸附流体的界面调控理念未形成,阐明煤岩流体电动作用的理论基础——双电层理论。在此基础上,提出煤岩流体电动力学的概念,即煤岩气液离子等多相介质在电场作用下的运动规律及其与外界的相互作用,构建以双电层理论为核心、以"电渗、电泳与电迁移"等电动特性为内含、以外界物化场为环境的理论框架,凝练煤岩流体电动力学理论的5个主要研究方向,阐述4个关键技术。该理论适用于比表面积较大的煤岩多孔介质,如煤、页岩、泥岩等,为地下尤其是深部资源开采中涉及固液气运移的问题解决(如煤层注水困难、煤粉堵塞伤害、瓦斯解吸缓慢、膨胀软岩支护困难、胶体充填排水缓慢、煤矸石重金属污染等)提供了一种新的行之有效的方法和科学指导,也为深部地电场作用下煤岩流体动力灾害的发生机制揭示提供了新的思路。     

电化学强化无烟煤吸水性的实验研究

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法,但无烟煤的疏水性强,煤层注水效果欠佳,电化学方法可以显著提高无烟煤表面润湿性和孔裂隙发育程度,达到强化煤层注水的目的。采用0.05 mol/L的Na₂SO₄电解液对山西晋城寺河煤矿无烟煤进行电化学改性实验,并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行测试和分析。研究结果表明:电化学改性后煤样的含水率较原煤的增幅随吸水时间呈现先增大后减小,最后逐渐趋于稳定的趋势,与无烟煤自然煤样相比,电化学改性后阳极、中间和阴极区域煤样自然吸水率分别提高了72.57%,87.14%和102.29%;电化学改性阳极区域发生氧化反应,使煤样中的芳烃和脂肪烃氧化为含氧官能基团,表面润湿性得到增强,煤-水动态接触角较改性前降低了25.96°,煤表面ζ电位为21.38 mV,中间和阴极区域均发生还原反应,使煤样中的烷基支链脱落,芳环发生裂解,氧的相对含量增加,煤-水动态接触角较改性前分别降低了20.40°和15.21°,煤表面ζ电位分别为-68.47,-80.01 mV;在电化学过程中产生的H⁺     

高低温循环冲击作用下砂岩孔裂隙结构的演化特征

我国煤系气储量丰富，但煤系气藏复杂的地质条件使得对单一含气系统的开采成本高、效率低，对多种含气系统难以合层共采。如何提高煤系储层的渗透性与兼容性是开发煤系气的关键问题。为探讨改善煤系储层结构的有效方法，研究了在高温200℃、低温-196℃循环冲击作用下煤层顶板砂岩孔裂隙的演化特征，使用工业显微CT对高低温冲击作用前后砂岩试样孔裂隙的发育过程进行了表征。利用数字图像和三维重构技术，对冲击前后试样的CT数据进行了滤波和均值化等处理，定性和定量分析了0、1、5、10、15次高低温度冲击后砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数的变化。研究结果表明：(1)高低温循环冲击促使砂岩试样孔裂隙发育、扩展、连通和次生裂隙的萌生，冲击作用有助于微小孔裂隙扩展形成较大的宏观裂隙。(2)砂岩孔裂隙体积、表面积、孔隙率和孔裂隙分布复杂度分形维数随温度冲击次数的增加呈对数规律变化，其增长幅度呈先增大后减小的趋势，在第5次冲击作用后其面积和孔隙率增幅达到最大，分别为15.48%,20.98%。(3)高低温循环冲击作用减弱了砂岩基体间的束缚力，打破了其原有的静态平衡，试样孔隙率随扫描层数的变化曲线演...