煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究

瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合。现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度。针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法:采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境。对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论:①随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=7.1 mmHg,Δp_(QI)=2.9 mmHg。②随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系。用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则Δp_(QA)=25 mmHg,Δp_(PI)=26.6 mmHg,Δp_(PD)=11 mmHg。测定结果可综合反映煤层赋存的双重孔隙结构、煤体的力学特性、煤体内瓦斯的赋存能量、煤层赋存的地应力和温度等原位环境,真实反映煤矿井下发生突出危险性程度。

水分对瓦斯吸附常数及放散初速度影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪及瓦斯放散初速度测定仪,分别对高瓦斯煤样进行了水分影响甲烷吸附特性及瓦斯放散初速度的实验研究。研究结果表明:水分与吸附常数a、水分校正系数倒数以及瓦斯放散初速度之间呈一次线性关系,而水分与吸附常数b之间则没有固定的关系式。实验结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性,以及煤体扰动后发生瓦斯动力规律具有一定的理论价值。

水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响

为提高矿井煤与瓦斯突出预测的准确性,对经过干燥处理的不同含水量的无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度进行了测定。结果表明:水分对无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度均有影响,同一煤阶煤样的水分越大,瓦斯放散初速度越小;且瓦斯放散初速度随水分增加呈指数式减小,水分减小了煤样的瓦斯吸附量是造成瓦斯放散初速度减小的根本原因;水分对无烟煤瓦斯放散初速度影响最大,长焰煤居中,焦煤最小,其原因为不同煤阶煤的孔隙特性不同。

混煤质量比对吸附常数及放散初速度的影响

为了揭示煤吸附常数及其放散初速度与混合煤样质量比变化的关系,采用流体力学的理论知识,分析了动力粘性系数与气体压力之间的关系,并按照不同的质量比制作出混合煤样.运用Langmuir单分子层吸附理论,对硬煤和软煤处于不同质量比条件下混合煤样吸附甲烷特性的影响进行了实验研究.研究结果表明:孔隙气体压力随孔隙气体粘性系数而变大,而且在软煤质量和其上部硬煤质量近似相等时,吸附常数a及放散初速度ΔP达到最大值,吸附常数b达到最小值.这一发现充分说明了在这种情况下,煤体对甲烷的吸附量及其压力均达到最大值,一旦扰动此类煤体,便会形成很大的压力梯度,发生大量的瓦斯涌出.

煤的瓦斯放散初速度影响因素实验现状研究

为了更加系统地了解煤的瓦斯放散初速度影响因素实验现状,归纳了前人对煤的粒径、孔隙、水分、温度等单因素以及多因素耦合作用对煤的瓦斯放散初速度影响的实验研究。提出了将瓦斯放散初速度与煤的吸附解吸特性、渗透率、瓦斯的初始膨胀能等进行综合研究的思路。

煤变质程度对瓦斯放散初速度的影响

为了分析不同变质程度煤种煤样的瓦斯放散初速度数值与煤样坚固性系数、孔隙率等的相互关系,采用现场取样,实验室测试的方法,得到63个煤样的挥发分、瓦斯放散初速度、孔隙率等相关关系.结果表明:挥发分与孔隙率之间、瓦斯放散初速度与孔隙率之间均服从二阶多项式的关系.对于同一变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着坚固性的减小而增大.对于不同变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着变质程度的降低而降低.对于挥发分高于20%的烟煤和褐煤,瓦斯放散初速度低于1 333.22Pa,此时,不应该将1 333.22Pa作为判定煤层突出危险性的瓦斯放散初速度指标临界值.对于准确预测不同变质程度煤层的突出危险性具有一定的指导意义.

粒径对煤中瓦斯放散初速度影响实验研究

为了分析粒径对煤中瓦斯放散初速度的影响,以某煤矿4号煤层小于7目、7~10目、10~18目、18~35目的自然风干、烘干及水分含量分别为3%、5%、7%的煤样为研究对象,借助WT-1型瓦斯放散初速度测定仪,测试了不同含水率煤样的瓦斯放散初速度与粒径的关系,并测试了自然风干和烘干5h,粒径为小于7目与35~60目、7~10目与35~60目、10~18目与35~60目的煤样,在配比分别为6∶1,5∶2,4∶3,3∶4,2∶5,1∶6情况下的瓦斯放散初速度。实验结果表明,随着粒径减小,不同含水率的煤中瓦斯放散初速度不断增大,且粒径越小,煤中瓦斯放散初速度的增大趋势越明显;煤层中粒径小的煤颗粒占比越大,煤中瓦斯放散初速度越大。

不同变质程度煤体破碎度对瓦斯放散初速度的影响

为分析煤矿开采中煤体破碎度对瓦斯放散初速度的影响,以便从该角度研究煤与瓦斯突出的难易程度,研究了不同变质程度煤样粒径的改变对其瓦斯放散初速度的影响。结果表明,煤样的瓦斯放散初速度随粒径的增大呈幂函数关系减少,即煤体的破碎度越大,瓦斯放散初速度越大,同时这种增大的趋势随粒径的增大而变得越来越小;且煤样的变质程度越高,煤样粒径对瓦斯放散初速度影响就越大;普氏系数小的煤样瓦斯放散初速度受煤样粒径改变的影响较大。

吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响

安全生产行业标准AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》中规定的煤样吸附时间为90 min,为了验证该标准在具体应用中的局限性,选用5个煤矿挥发分相差较大的煤样进行瓦斯放散初速度测定试验,分析了吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响,研究了不同变质程度煤样的吸附平衡时间对瓦斯放散初速度的影响规律。试验结果表明:煤的挥发分越低,所需的吸附平衡时间越长,瓦斯放散初速度的测值越高;瓦斯放散初速度受吸附平衡时间的影响较大,吸附平衡时间超过90 min后,瓦斯放散初速度仍在不断增加,最终趋于稳定。最后通过试验分析了现用标准对不同煤种的适用性,说明《煤的瓦斯放散初速度指标(Δp)测定方法》规定的吸附时间具有一定局限性,尤其对于高变质程度的煤样,其测值达不到吸附饱和值的要求,应适当延长吸附平衡时间。

煤的灰分、挥发分与孔隙率的关联及其对瓦斯放散初速度的影响

为了分析煤的灰分、挥发分与孔隙率的关联,以及煤的孔隙特征、坚固性系数等对瓦斯放散初速度的影响,在我国8个典型矿区累计采集了84个煤样,开展了相应的实验测试。通过对实验数据的数值分析发现:大部分矿区煤的灰分、挥发分与孔隙率之间的拟合函数服从二元线性函数,仅晋城矿区煤样的拟合函数为曲面函数;各矿区煤样孔隙率、坚固性系数与瓦斯放散初速度之间的数学关系明显,具体可分为3种类型。在煤的灰分、挥发分与孔隙率之间关联的基础上,考虑煤的坚固性系数的影响,得到的各拟合函数精度更高,其计算值与实测值的变化趋势基本一致,可为煤与瓦斯突出孕灾特征的分析提供一定的参考,同时对于研究煤与瓦斯突出预测的新指标具有重要的现实意义。

水分对煤中瓦斯放散初速度影响研究

为了研究水分对煤中瓦斯放散初速度的影响,对水分含量分别为3%,5%及7%的不同粒径的煤样进行了测定,绘制了不同粒径煤中瓦斯放散初速度随水分变化的曲线图,并从煤对瓦斯的吸附、解吸特性及渗透率等方面深入全面地分析了产生该曲线变化趋势的原因。

煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度测定过程的影响因素分析

煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度是预测煤与瓦斯突出危险性的重要指标。文章首先介绍了实验室测定煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度的原理和步骤,然后根据其测定原理和步骤,并结合实际操作经验,对实验室测定的影响因素进行分析。

瓦斯放散初速度指标(ΔP)测定仪的研制

瓦斯放散初速度指标ΔP是突出煤层鉴定的4项基本指标之一,为规范ΔP的测定,国家安全生产监督管理总局发布了行业标准以确保测量结果准确可靠。针对原WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪的不足及其与行业标准要求不符之处,设计采用数据采集卡,并结合数据库及图形化编程技术,对WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪进行了重新设计,极大提高了仪器的自动化程度。实验表明,新型仪器操作简便,测量准确可靠,且符合行业标准。

煤孔隙特征对瓦斯放散初速度影响研究

煤的瓦斯放散特性是表征煤与瓦斯突出危险性的关键指标之一,不同变质程度煤的瓦斯放散初速度ΔP差异很大。为分析其内在影响机制,采用N_(2)吸附法和CO_(2)吸附法对不同变质程度煤进行孔径分析,研究了大孔、介孔和微孔孔隙比表面积、体积和平均直径对ΔP的影响。结果表明:ΔP随Langmuir体积增大呈线性增加的趋势,而与Langmuir压力无关;随微孔比表面积增大,ΔP呈幂函数增长,ΔP与煤的大孔、介孔和微孔体积及平均孔径呈正相关;挥发分与Langmuir体积近似呈幂函数关系,与ΔP呈负指数关系;微孔比表面积大小、微孔孔隙体积、微孔平均直径是煤微观结构影响ΔP的主要参量。因此,随变质程度增高,ΔP呈增大趋势,主要是受煤内微孔发育的影响。

高压吸附下的瓦斯放散初速度研究

实验中将常压吸附改为高压吸附,并适当改变其它实验参数,利用抚顺分院在国家"十五"攻关中研制的仪器对煤样0～60s内的放散速度规律进行研究,计算其放散量、曲线变化率、放散初速度和衰减规律,进而提出更合理、更全面、物理意义更明确的突出预测指标。

充气时间对瓦斯放散初速度影响实验探究及测定设备改进

为了证明充气时间对煤中瓦斯放散初速度测定结果的影响,利用WT-1型瓦斯放散初速度测定仪分别测定了7~10目与35~60目、10~18目与35~60目分别按6∶1、5∶2、4∶3、3∶4、2∶5及1∶6比例混合条件下的瓦斯放散初速度,实验结果表明充气时间对煤中瓦斯放散初速度的影响较大,就上述设备无法确保测试煤样达到吸附平衡状态提出了改进方案,详细阐述了改进后WT-1型瓦斯放散初速度测定仪的工作原理及工作流程。

基于多元线性回归的瓦斯放散初速度影响因素试验研究

煤的瓦斯放散初速度指标△p在判定煤矿是否具有突出危险性中起到重要作用。通过从全国13个省市的77个煤矿采取77个煤样,在实验室实测煤样的水分、灰分、挥发分、真密度、视密度、孔隙率、常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度等11个瓦斯基础参数,利用SPSS数据分析软件,采用逐步多元线性回归法进行统计分析,得出对△p产生显著影响的因素为常压瓦斯吸附量、瓦斯吸附常数b和煤的坚固性系数,且常压瓦斯吸附量对△p的影响最为显著。试验结果表明:常压瓦斯吸附量和瓦斯吸附常数b与△p呈正相关性;煤的坚固性系数与△p呈负相关性,同时建立了多元线性回归模型,拟合相关系数为0.892。

湖南典型煤体瓦斯放散初速度规律研究

通过实验,研究了郴耒煤田和涟邵煤田的煤样吸附压力对瓦斯放散初速度的影响,实验过程中保持温度不变,调整吸附的瓦斯压力,测定瓦斯放散初速度,指出瓦斯放散初速度是判断瓦斯突出危险性的指标之一,在瓦斯放散的过程中,瓦斯放散量与时间并不成正比,而是存在一定的突变现象,掌握好瓦斯放散的时间点对有效预防瓦斯突出有重要的意义。

瓦斯放散初速度实验室测定影响因素探析

瓦斯放散初速度作为煤矿突出危险性鉴定的重要指标之一,其测定的准确程度将直接影响到矿井突出危险性的鉴定结果。为了保证瓦斯放散初速度测定的准确性,对温度、压力、煤样水分含量等对瓦斯放散初速度实验室测定结果的影响进行了分析,并提出了相应的修正措施,减小了瓦斯放散初速度测定的误差,保证了矿井合理的防突投入及安全高效生产。

温度对煤体瓦斯放散初速度影响的实验研究

为准确测定瓦斯放散初速度ΔP,从而提高煤与瓦斯突出区域预测准确性;通过理论分析温度对瓦斯放散初速度的影响,运用自主改进的WT-1型恒温水浴瓦斯放散初速度测定仪,以土城煤矿3个采区所采集的煤样为实验对象,探究煤样瓦斯放散初速度ΔP与温度之间的关系。研究结果表明煤体瓦斯放散初速度受温度影响,且随着温度的升高煤体瓦斯放散初速度逐渐变小,且呈现二次函数的关系。同一煤样在实验温度为10~30℃时误差较大,究其原因是受室温的影响造成,即后续研究应该充分考虑室温对煤体瓦斯放散初速度ΔP的影响。煤体瓦斯放散初速度受煤体影响,究其原因是由煤体的吸附特性造成。