煤吸附瓦斯影响因素的正交设计实验研究

为研究含水率、粒径、温度等因素对煤样吸附瓦斯特性的影响,选取黄陵二号煤矿2~#煤层煤样,通过HCA型高压瓦斯吸附仪,采用正交实验法开展不同含水率、粒径、温度作用下煤样瓦斯等温吸附实验,得到了影响瓦斯吸附性能的主控因素。研究结果表明:不同含水率、粒径、温度条件下,煤的瓦斯吸附曲线均符合Langmuir理论;各因素对吸附常数a值的敏感性依次为粒径>温度>含水率,粒径影响程度是含水率的3.126倍、温度的4.458倍;各因素对吸附常数b值、吸附饱和度X值的敏感性依次为温度>粒径>含水率,温度对吸附常数b值的影响程度是粒径的3.946倍、含水率的7.719倍,温度对吸附饱和度X值的影响程度是含水率的4.947倍、粒径的1.918倍;煤样优先吸附水分,瓦斯吸附量随含水率的增大而减小;瓦斯吸附过程会放热,当温度升高时,瓦斯吸附量会减少;粒径减小,增大了煤样的比表面积,导致瓦斯吸附量增加。

温度变化对煤吸附瓦斯特性影响的实验研究

为研究不同温度下煤样瓦斯等温吸附规律,利用PCT Pro全自动高压气体吸附解吸仪,对黄陵二号矿井煤样开展不同温度(30℃、35℃、40℃、45℃、50℃)作用下煤样瓦斯等温吸附实验。采用Langmuir模型、Freundlich模型、BET模型、D-R模型对实验结果进行拟合分析,探讨温度影响下煤样瓦斯吸附机理。结果表明,煤样瓦斯吸附量随温度升高而降低。温度变化在30~50℃之间时,瓦斯吸附量由13.6409 cm^(3)/g降低为9.8017 cm^(3)/g。4种吸附模型拟合度均在0.9以上,拟合效果依次为:Langmuir模型>D-R模型>BET模型>Freundlich模型,表明相比于其他3种模型,用Langmuir模型描述煤样瓦斯等温吸附过程最为贴切,且Langmuir模型计算得到的饱和吸附量均大于其他3种模型。吸附常数a、b值与温度呈线性关系且均为负相关,即升高温度,气体分子动能随之增大,削弱了煤基质对气体分子的束缚能力,进而抑制煤中瓦斯吸附。从吸附热力学研究温度效应对瓦斯吸附特性的影响,为黄陵二号煤矿工程实践提供一定的理论支撑。