定容和定压条件下煤粒瓦斯吸附特性研究

为了比较不同条件对瓦斯吸附常数的影响,研究了5种不同煤阶的煤样在7个不同压力点下进行的瓦斯吸附试验,试验分为定容和定压动态2类瓦斯吸附试验,分别获得了定容及定压条件下的吸附平衡点数据,结合Langmuir单分子层理论求出了定容及定压条件下的吸附常数a、b值,并进一步讨论了造成a、b值差异的原因。结果表明:定容和定压2种试验条件对瓦斯饱和吸附量(a值)影响很小,但对瓦斯吸附速率(b值)影响较大,即定压条件下瓦斯吸附速率要大于定容条件下瓦斯吸附速率;进一步得出吸附常数a值随挥发分增大而减小,说明瓦斯饱和吸附量随煤阶的增高而增大。

煤氧化产物生成速率与Graham′s Ratio关联性研究

对混合粒径的煤样通入4组不同进气氧浓度的氮氧混合气体,利用自主研发的油浴式煤低温氧化试验系统进行试验。通过检测煤样罐出口气体浓度,计算标准耗氧速率、标准CO生成速率及标准CO_2生成速率,研究标准CO_2生成速率与格雷哈姆系数的变化规律以及两者之间的关系。

温度变化对煤体瓦斯吸附量影响规律的实验研究

通过对含瓦斯煤层瓦斯气体温度场分布规律研究,提出了煤层中总的瓦斯含量方程中α值的假设与猜想。经过实验,分别研究了定压条件与升压条件下温度改变对煤与瓦斯吸附的影响规律,得到煤体在不同温度下瓦斯的吸附以及渗流规律。实验应用WY98-A型瓦斯吸附解吸仪器,通过研究煤与瓦斯吸附在温度改变的环境下的规律,以及所选煤样在吸附饱和后随温度变化的函数关系,并对瓦斯吸附的饱和吸附量进行了数学拟合,得到其函数关系式。为煤层瓦斯储量计算,及不同阶段瓦斯抽采量计算提供了科学依据。

煤对CO2,N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题,通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO2,N2,CH4吸附速率的适用性,选取4种不同煤质的煤样在0.5,1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验,分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳;压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性,气体吸附速率与压力符合指数函数关系,与挥发分呈现出二次函数关系,并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样;CH4和N2的吸附速率随压力升高而升高,而CO2的吸附速率因煤样而不同,且在同压下,不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。

无烟煤对CO_2和CH_4的吸附解吸特性研究

为研究2种变质程度不同的无烟煤样对不同吸附质的吸附解吸情况,选取白芨沟煤矿和阳煤五矿2种变质程度不同的无烟煤样对二氧化碳和甲烷气体进行吸附解吸实验,采用恒容和恒压2种实验方法,测试了在不同压力点下,2种煤样吸附二氧化碳和甲烷的吸附量,以及在连续阶梯压力点下吸附解吸的特征,分别与Langmuir模型和本课题组提出的"■"式进行拟合,Q为吸附量,t为解吸时间。实验结果表明:进行恒压吸附时,2种煤样对二氧化碳的吸附量总是大于对甲烷的吸附量;进行阶梯压力实验时,2种煤样对二氧化碳和甲烷的吸附规律与Langmuir模型的拟合效果很好,解吸规律与"■"模型的拟合情况很好;二氧化碳吸附速率大于甲烷吸附速率。

基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量测定有效抽采半径

为有效地测定瓦斯抽采半径,提出基于钻孔瓦斯流量和煤层瓦斯含量的煤层瓦斯抽采半径测定方法。根据钻孔瓦斯流量呈现负指数衰减规律,推导出有效抽采半径计算公式。以贺西煤矿3#煤层3316材料巷的两个抽采孔为测点,对瓦斯流量、浓度进行了60d连续监测。根据监测结果绘制出钻孔瓦斯抽采纯量衰减曲线,再在距离抽采孔不同位置处施工验证孔来测定煤层瓦斯含量,最后结合抽采指标计算出有效抽采半径。结果表明,3#煤层瓦斯预抽时间为90d时,抽采半径为5m。

不同煤阶煤样对N_(2)和CO_(2)的吸附特性对比研究

为对比研究煤对惰性气体N_(2)和CO_(2)的吸附特性,选取不同煤阶的5份煤样分别进行不同初始压力下N_(2)和CO_(2)的定容等温吸附实验。根据本课题组提出的经验公式,将气体累积吸附量倒数和吸附时间函数进行拟合,求得气体饱和吸附量A和反映气体吸附速率的参数B。研究结果表明:吸附压力和煤阶对N_(2)和CO_(2)吸附参数A、B的影响既有共性又有区别,但同一初始压力下,各煤阶煤样吸附CO_(2)的A值均大于吸附N_(2)的A值,除褐煤外各煤样吸附CO_(2)的B值均大于吸附N_(2)的B值。即相同压力下,各煤阶煤样对CO_(2)的饱和吸附量均大于N_(2),除褐煤外各煤样对CO_(2)的吸附速率大于N_(2)。

不同浸水时间风干煤样瓦斯吸附解吸规律实验

为了研究浸水风干煤样瓦斯吸附解吸规律,选择未浸水的原煤样和浸水3、15、30 d风干煤样进行恒温动态瓦斯吸附解吸实验,得到瓦斯累积吸附解吸量随时间变化的实测曲线。对所选煤样进行比表面积及孔径分析,得到其比表面积、孔容和孔径分布。结果表明:浸水风干煤样瓦斯累积吸附量随压力变化的趋势与原煤样一致;浸水风干煤样解吸初始20 min内解吸量倒数与时间函数成线性关系;浸水时间增加,风干煤样的饱和吸附量、比表面积、总孔容、微孔孔容先减小后增大,平均孔径先增大后减小。