煤层注水防治瓦斯的临界注水量确定方法

为了准确确定煤层注水防治瓦斯的临界注水量,从煤层注水防突机理的认识出发,提出采用实验室试验的方法,模拟测试煤层赋存条件下注入不同水量后煤样的瓦斯解吸特性,之后,通过分析第1min瓦斯解吸速度、第1min瓦斯解吸率、120min瓦斯解吸率和残存瓦斯含量来确定临界水分含量。对两个典型试验煤样的测试结果表明,第1min瓦斯解吸速度、第1min瓦斯解吸率和120min瓦斯解吸率均随注入水分的饱和度增大而减小,而残存瓦斯含量随注入含水饱和度增大而增大,4个指标值均可用二次方程较好地拟合,并最终确定出各自的临界注入含水饱和度。研究表明,提出的煤层注水临界注水量确定方法得到的结果与实践认知相符,对煤层注水优化设计有一定的指导意义。

不同类型表面活性剂对煤体的润湿性研究

为了提高现场煤层注水效果,针对润湿性较差煤体,提出采用添加表面活性剂的方法以提高煤体润湿性。以贵州百色集团六龙煤矿煤样为例,根据表面活性剂种类选出4种有代表性且廉价易得的表面活性剂,通过测定纯水和添加表面活性剂的溶液的表面张力及其与煤体的接触角,优选出磺化玻拍酸二辛酷钠盐(快速渗透剂T)作为最佳表面活性剂,最佳浓度为0.4%。

基于RSSI定位算法的无线传感器网络研究

为减少定位硬件成本和提高定位效率,提出一种与最小二乘法、加权平均法相结合的测距方法。通过信标节点间的相互协作,将测量得到的数据使用最小二乘曲线拟合和加权求平均值的方法处理,求得路径衰减指数和损耗模型,以达到精准的节点定位效果。实验结果表明,这种方法获得改进后的损耗模型不仅受环境因素影响减小,而且测距精度与传统RSSI测距模型相比更加精确。

冷冻取芯过程含瓦斯煤样温度场演化规律模拟研究

冷冻取芯技术是一种能显著提高井下煤层瓦斯含量测定精度的取样技术,煤芯温度的高低直接影响着取芯过程瓦斯损失量的大小。为了研究冷冻取芯过程煤芯温度场的演化规律,依托自主研发的含瓦斯煤冷冻响应特性模拟平台,开展了不同管壁温度条件下的冷冻取芯煤芯降温物理模拟试验;并通过建立含瓦斯煤芯气固耦合传热模型,借助COMSOL数值模拟软件对现场取样过程中的煤芯温度场时空分布进行了预测。结果表明:常规取芯时,煤芯内部轴向温度Th随着轴向高度h及时间t的增加而升高,可采用Poly2D函数拟合;径向温度Td也随径向距离d,t呈Poly2D函数升高;当取芯管外壁温度为90~150℃,取芯时长30 min时的煤芯中心温度分别高达46.3~62.0℃,取芯时长60 min时,煤芯中心温度接近管壁的温度。冷冻取芯时,取芯管内的制冷剂能有效隔绝外壁的切削摩擦热量,并使煤芯迅速降温,前60 min内为快速降温阶段,随后降温速度减慢;煤芯内部沿轴向温度基本没有变化,而径向上存在明显的温度梯度,径向温度Td随径向距离d,t的增加呈负指数下降。当冷源强度一定时,随着取芯管外壁温度降低,煤芯所能达到的极限低温就越低,降温速度也越快;管壁温度分别为90,110,130和150℃时,取芯时长30 min时煤芯中心温度降至-27.30,-13.20,2.05和16.80℃,取芯60 min时煤芯内部各点基本降至同一低温,煤芯导热系数随环境温度降低呈线性减小。

NMR成像技术测试煤样渗吸过程中水分变化规律研究

外加水在渗吸过程中可以促进煤体瓦斯解吸,减小煤层瓦斯含量,从而减少瓦斯事故的发生频率。为了研究含瓦斯煤水分分布规律,采用NMR(核磁共振成像)技术,针对不含瓦斯煤进行定量外加水渗吸实验。研究结果表明:型煤中的水分主要受毛细管力和重力作用的影响;在自下向上吸水和自上向下吸水渗吸过程中,毛细管力作用相同,径向方向上水分扩散速度相近,但在轴向方向上的扩散速度具有明显差异,由于重力作用的影响,分别产生抑制和促进作用;水分三向扩散半径与时间符合朗格缪尔函数关系。

温升效应对焦煤吸附解吸甲烷的影响

为了探究温升效应对焦煤吸附解吸甲烷的影响,以平顶山十三矿己_(15-17)煤层的焦煤为研究对象,利用自主设计的高低温交变吸附解吸试验设备,开展了粒径为0.17~0.25 mm的颗粒煤煤样对甲烷在不同初始吸附平衡压力(0.72 MPa、1.73 MPa、3.83 MPa、4.64 MPa)和不同升温阶段(-20~-10℃、-10~0℃、0~10℃、10~20℃)的程序性升温吸附解吸试验,并对采集的试验数据进行统计分析。结果表明,煤样温度随时间的变化而变化,在升温过程中是一个非稳态的温度场。同时,甲烷吸附量呈现“减小—增大—减小—增加”的交替状态,总体趋势为减小。试验结束时,煤样温度达到一个恒定值,甲烷吸附量也趋于稳定不变。对升温过程中吸附量上升阶段的分析表明,吸附量随时间的上升阶段呈线性递增变化。吸附量上升阶段的上升速率先增大后减小,呈倒“U”形变化。在整个升温过程中,煤样罐内的压力随温度升高而增大,最终趋于稳定。该研究进一步完善了煤与甲烷的吸附解吸理论。

瓦斯含量测定中取心管管壁温度变化特性研究

为确定煤矿冷冻取心过程所需合理冷冻剂量,对取心管取心过程管壁温度变化特性研究是解决此问题的关键。使用自主研发的取心管自动测温装置,分别进行了取心深度为5、20、40 m下取心管管壁温度测试(下管阶段、切削阶段和退钻阶段)。通过建立取心管管壁传热模型,基于顺序函数法求解二维非稳态导热反问题,验证并分析了取心过程管壁温度变化规律。研究结果表明:在下管阶段,取心深度较大(40 m)时,存在取心管快速升温的现象;在切削阶段,不同取心深度下,取心管温度均在切削进行一段时间后开始迅速升高,切削结束时升至最高值;在退钻阶段,取心管温降速度基本相同,处于一个缓慢降温的状态;利用顺序函数法求解重构的取心管管壁模拟温度与现场实测温度吻合良好,误差小。研究结果可为煤层瓦斯含量测定低温冷冻取心装置的开发提供参考。

受载煤自发渗吸过程水分运移规律及其影响机理

煤层注水所引入水分的渗透过程迫使煤层内原有裂隙相互沟通或形成新的裂隙网,为水在煤层内的流动提供网络通道。自发渗吸过程水与瓦斯发生相互作用,渗吸过程是一个有效的润湿过程,润湿效果与水分运移距离紧密相关。为揭示受载煤自发渗吸过程水分运移的影响机理,采用自主研发的“受载煤自发渗吸过程水分运移距离测试系统”,开展了受载煤自发渗吸实验。研究结果表明:水分侵入煤体后,水分与煤成为一个体系,煤样的电阻率发生突变、快变及渐变;等压渗吸过程中,受载应力越大,多分支毛细管束模型中的竖向毛细管平均孔径越小,水分运移距离越大;等压渗吸过程中,同一受载应力条件下,含瓦斯煤自发渗吸过程中水分的运移距离大于不含瓦斯煤自发渗吸过程中水分的运移距离;一端开放的毛细管、两端开放且从两端同时渗吸的毛细管在渗吸过程中均存在封堵效应;一端开放的毛细管渗吸过程中,毛细管周围的气体压力越大,封堵效应越明显;等压渗吸过程中,吸附平衡压力越小,多分支毛细管束模型中的水平毛细管吸水长度越长,多分支毛细管束模型中的竖向毛细管水分运移速率越慢,水分对微小孔的润湿效果越好。

基于LPC1752带式输送机监控系统设计

为了实现从地面对煤矿井下带式输送机的远程实时控制,并保障带式输送机的安全运行,设计了一种基于LPC1752芯片、CAN总线和各种传感器所构成的带式传输机监控系统,并通过这种监控系统最终实现对煤矿井下带式输送机的监控和保护。

取芯过程中煤芯温度分布特征模拟研究

针对取芯过程瓦斯解吸受煤芯的温度影响不明,造成煤层瓦斯含量测不准的问题,开展对取芯过程煤芯温度分布特征研究。采用自主研制的取芯管自动测温装置在赵固二矿原生结构煤层(f=1.71)进行深度20 m的取芯试验,获得取芯管管壁温升变化规律,变化曲线分为4个阶段:缓慢上升、加速上升、减速上升、缓慢下降阶段;应用COMSOL建立含瓦斯煤传热模型,将管壁的温度变化设置为边界条件,模拟取芯过程煤芯与管壁之间的热交换。结果表明:在取芯时间30 min内,煤芯平均温度快速上升,之后上升速度趋于平稳;在煤芯内,相同时刻,等间距的轴向与径向距离,径向较轴向的温度梯度较大,径向传导快于轴向传导;取芯过程煤芯径向温度Ta与径向距离d、时间t满足指数函数关系。研究结果可为测定取芯过程煤芯的瓦斯损失量提供参考依据。