温度场变化对高压注水煤体瓦斯解吸量影响规律研究

通过不同温度条件下煤与瓦斯吸附、解吸实验,研究了煤与瓦斯吸附、解吸的微观机理,重点分析了高压注水对煤体瓦斯吸附、解吸的影响规律。利用具有压力控制单元和温度控制单元的煤样吸附解吸实验系统,测定煤样在不同温度下瓦斯的解吸量,通过吸附压力降低曲线计算出了吸附速率。

变温过程瓦斯解吸量变化规律研究

为了实验模拟低温取心过程中瓦斯解吸特性,为低温取心技术提供理论参考,选用山西柳林兴无煤矿煤样,依托低温取心模拟装置,采用干冰为制冷剂,开展一定加热功率下的变温解吸。实验结果表明:伴随煤心温度变化,解吸量变化分为3个阶段:前期增加阶段、中期稳定阶段、后期增加阶段。一定加热功率下,随着吸附平衡压力的增大,前期增加阶段与后期增加阶段瓦斯解吸量增大,中期稳定阶段时间有缩短的趋势;某一温度点以下的瓦斯解吸量随着吸附平衡压力的增大而增大。

瓦斯解吸量在突出预测中的可靠性研究

采用现场测定和实验室实验的方法,研究得出了瓦斯解吸量作为突出预测指标是敏感可靠的。突出煤体的瓦斯解吸量大,瓦斯解吸速率快,瓦斯解吸量和瓦斯压力之间有着密切的关系,本文提出通过研究解吸时间、瓦斯压力、瓦斯解吸量等之间的关系,来确定瓦斯解吸量的临界值的方法。

解吸时长对损失瓦斯量补偿计算准确性影响试验研究

为提高煤层瓦斯含量测定中损失瓦斯量补偿计算精准度,以16组煤样为瓦斯吸附解吸试验研究对象,设置在0.5、1.0、1.5、2.0 MPa吸附平衡压力条件下,选取解吸时长分别为5、10、15、20、25、30 min的瓦斯解吸数据,运用√t法拟合补偿计算损失瓦斯量,分析不同解吸时长下解吸量和损失瓦斯量的拟合值与实测值误差。试验研究表明:损失瓦斯量的补偿计算值随着解吸时长的延长而减小,与实测值误差逐渐增大。解吸量的拟合值与实测值误差分为3个阶段:初期拟合值大于实测值,误差逐渐减小;中期阶段拟合值小于实测值,误差先增大后减小;后期阶段拟合值大于实测值,误差逐渐增大。在0.5、1.0、1.5、2.0 MPa吸附平衡压力下损失瓦斯量补偿计算的最佳解吸时长均为3 min,与标准值损失瓦斯量相对误差在-0.12%~0.18%,绝对误差在-0.04~0.14 cm^(3)/g,补偿计算的损失瓦斯量与标准值基本一致,提高了煤层瓦斯含量测定准确性。

排水集气法测定瓦斯解吸量的误差分析

介绍了瓦斯解吸仪的组成、结构及工作原理,分析了在量筒中解吸时解吸压力变化,分析该因素引起的测量误差;利用克拉伯龙方程,分析解吸过程中水柱高度变化引起的气体压力变化,分析误差因素,推导出水柱高度变化引起相对误差计算公式,并进行误差修正。

瓦斯放散特性与井下瓦斯自然解吸量的相关性研究

瓦斯放散初速度是衡量煤层瓦斯初始释放瓦斯的能力,也是煤与瓦斯突出的主要评价指标之一。为解决由于实验室测定瓦斯放散初速度值的延迟性而导致瓦斯灾害评估及瓦斯治理措施制定的滞后性,通过研究探索日常井下瓦斯含量测定时,井下30 min瓦斯自然解吸量与瓦斯放散初速度之间的相互关系,为日常快速预测掘进工作面前方煤体瓦斯放散特性提供依据及方法借鉴,从而确保掘进工作面的安全高效掘进。

注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。

水分润湿过程中煤中瓦斯解吸规律试验

为了深入探讨水分对煤中瓦斯解吸特性的影响,采用试验和理论分析相结合的方法,按照原煤的固有粒度配比加工制作型煤,充分干燥后使其吸附平衡以模拟原始煤体,然后利用自制的试验装置实现水分自然进入含瓦斯煤,再测试水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内的瓦斯压力变化情况。结果表明:水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内瓦斯压力不断升高,水分能置换出煤中吸附瓦斯;相同吸附平衡压力下,煤样含水率越高,水分占据的有效吸附位越多,累计瓦斯解吸量越大,当煤样含水率达到煤的极限吸水率时,累计瓦斯解吸量达到极限值;同一含水率条件下,随吸附平衡压力增长,煤样吸附饱和度逐渐增加,水分越难进入煤体内部细微孔隙,造成累计瓦斯解吸量逐渐增加,但增幅逐渐减小,随吸附平衡压力不断升高,极限瓦斯解吸量趋于一定值。

含瓦斯型煤吸附/解吸特性研究

为解决煤层瓦斯含量测定不准的问题,采用型煤对其不同温度下的吸附/解吸特性进行测试研究。研究结果表明:随着温度的降低,型煤的吸附常数a、b值迅速增大;同一温度下,型煤的解吸量随着时间的增大而逐渐增加,吸附平衡压力越大,其解吸量越大;型煤的解吸量Q与时间t、温度T及压力p满足Q=((Cp+D)T+ep+f)t^((hp+g)T+mp+n)的关系,式中:C、D、e、f、h、g、m均为拟合参数。

不同注水条件煤样瓦斯解吸特性试验

为研究不同注水条件对煤样瓦斯解吸规律的影响,采用自行研制的吸附-注水-解吸试验装置,分别进行了不同吸附平衡压力、不同注水压力、不同注水介质条件下煤样瓦斯解吸特性实验.结果表明:吸附平衡压力越大,相同时间内煤样瓦斯解吸总量越大;注水压力主要影响煤样瓦斯达到相对解吸平衡时间和累积瓦斯解吸量;注表面活性剂溶液比注纯水煤样相同条件下瓦斯解吸量小,对煤样瓦斯封堵作用更明显.该成果对煤层注水防治矿井瓦斯具有一定的指导意义.

不同注水条件煤样瓦斯解吸特性试验

为研究不同注水条件对煤样瓦斯解吸规律的影响,采用自行研制的吸附-注水-解吸试验装置,分别进行不同吸附平衡压力、不同注水压力、不同注水介质条件下煤样瓦斯解吸特性实验.结果表明:吸附平衡压力越大,相同时间内煤样瓦斯解吸总量越大;注水压力主要影响煤样瓦斯达到相对解吸平衡时间和累积瓦斯解吸量;注表面活性剂溶液比注纯水煤样相同条件下瓦斯解吸量小,对煤样瓦斯封堵作用更明显.该成果对煤层注水防治矿井瓦斯具有一定的指导意义.

煤层瓦斯含量测定过程中各参数变化特征

以在现场进行瓦斯含量测定及抚顺分院科研人员之前所进行科研工作中的实验数据为基础,对煤层瓦斯含量测定过程中损失瓦斯量、解吸瓦斯量、煤层瓦斯压力等参数之间的相互关系及其随煤变质程度变化的特征进行了分析。

常压法测定煤层瓦斯含量的误差分析

为了校正脱气法和常压法测量瓦斯含量的误差。通过理论分析、模型计算和实验对比的方法,研究煤样气体自然成分含二元和三元混合气体时的误差来源。查明气体成分为N_2和CH_4时,该误差可通过系数法进行修正;气体成分含CO_2,CH_4和N_23种气体时,误差可通过扩展的langmuir模型修正。水分对测定误差的影响为:烟煤中含氧官能团与水优先结合后,影响煤孔网吸附点的可达性,导致水分与测定误差线性相关;无烟煤表面积大且表面官能团减少,水分的优先吸附使煤表面性质更均匀,水分与气体分子竞争煤表面的相同吸附点,水分与测定误差负相关。该结论对煤层瓦斯含量测定方法的选择和修正有重要意义。

表面活性剂对煤体瓦斯解吸性能影响的实验研究

为明确表面活性剂对煤体瓦斯解吸特性的影响,实验测定了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与椰油酸二乙醇酰胺(CDEA)在不同浓度的表面张力、接触角,选择新疆硫磺沟4-504煤样测定SDBS、CDEA以及两者复配条件下煤体瓦斯解吸量及解吸速度。结果表明:煤体瓦斯解吸总量随解吸时间的增加而增加,最后趋于稳定,两者符合Langmuir关系;解吸速度随解吸时间增加逐渐减小,符合幂函数关系;随着表面活性剂浓度的增加,表面张力、接触角、煤体瓦斯解吸量和解吸速度均减小;接触角、表面张力与单一表面活性剂浓度都符合幂函数关系;瓦斯解吸量、解吸速度与单一表面活性剂浓度是负线性相关关系;与复配的表面活性剂浓度成非线性递减关系。

煤粒瓦斯解吸时变规律实验研究

针对目前瓦斯解吸研究采样范围小、解吸模型计算结果与实测数据之间存在误差等问题,采集多个煤矿的煤样进行解吸实验,扩大煤样采集范围;基于搭建的煤粒瓦斯解吸实验平台,采用控制变量法,分析煤粒在不同吸附平衡压力、不同温度、不同粒度下的瓦斯解吸时变规律。得出以下结论:吸附平衡压力越大,瓦斯解吸量越大;粒度越大,解吸量和解吸速度越小,到达阈值粒度后,粒度对解吸量和解吸速度的影响较小;温度越高,解吸量越大;随着时间的增加,瓦斯解吸量逐渐增加,瓦斯解吸速度逐渐减小。对不同地质条件下的煤样进行解吸实验研究,提高了瓦斯解吸模型的适用性,进一步验证了温度、粒度等主控因素对瓦斯解吸规律的影响。

中低阶煤孔隙结构特征及其对瓦斯解吸特性影响

煤的孔隙结构是影响瓦斯储存和运移的重要因素。为了进一步研究中低变质程度煤瓦斯解吸特性,选取6组阜康矿区煤样进行压汞试验和瓦斯解吸试验。通过绘制进退汞曲线、统计各孔径段孔隙结构特征以及绘制瓦斯解吸曲线,着重分析了煤的孔隙形态、孔容、孔比表面积和体积分形维数及其对瓦斯解吸量及解吸速率的影响。结果表明:试验煤样均存在不同比例的开放孔,大孔主要以开放孔为主,中孔和小孔主要以半封闭孔为主,微孔主要以封闭孔为主;煤样孔容以微孔和大孔贡献为主,比表面积以微孔贡献为主。通过绘制瓦斯解吸曲线和解吸速率散点图,发现瓦斯解吸量随解吸时间先快速增加后趋于稳定值,进而拟合发现,中低阶煤瓦斯解吸曲线可采用1/Q=m/t^(0.75)+n表示,拟合度在0.995以上,其中参数m为与瓦斯解吸速率相关的参数,参数n为解吸体积常数,系数0.75可能与煤变质程度有关,后期可对不同变质程度的煤样解吸曲线进行分析,解吸速率随解吸时间呈指数式递减。将不同孔径段孔隙结构特征与解吸特性参数拟合发现,在瓦斯解吸初期,大孔中的瓦斯优先被解吸,随着孔径的减小,优先率逐渐降低。中大孔分形维数介于2.8791~2.9915,分形特征明显,解吸初速度与分形维数呈明显正相关关系,n与分形维数关系不明显。

外水侵入对受载含瓦斯煤解吸的影响

以钱家营矿5#煤层的煤样为试验煤样,利用自主研发的试验平台,进行了不同轴压、围压条件下含瓦斯煤自然解吸和外水侵入过程中瓦斯解吸的对比试验。结果表明:同样的试验条件下,外水侵入过程中煤样的瓦斯解吸量和解吸速率大于自然解吸煤样的瓦斯解吸量和解吸速率,说明外水侵入促进了瓦斯的解吸。当轴压、围压在4~8 MPa的范围内,外水侵入过程和自然解吸过程中的瓦斯解吸量和解吸速率随着轴压、围压的增加逐渐增加,当轴压、围压大于8 MPa时,瓦斯解吸量和解吸速率随着轴压、围压的增加而逐渐减小。

关于煤层残存瓦斯含量与残余瓦斯含量的探讨

煤层残存瓦斯含量和残余瓦斯含量是煤矿瓦斯管理、抽采达标评判、突出危险性评估的重要参数,其准确的定义及测定关系到矿井瓦斯防治乃至整个"一通三防"工作的科学开展,同时也关系到煤层气资源的合理评价。根据现行相关标准、规范和实际应用情况,对煤层残存瓦斯含量和残余瓦斯含量的定义、取值及应用进行了分析、探讨,并提出相应的建议,以期能完善相应的标准规范体系,进而为我国煤矿的瓦斯防治、矿井煤层气资源评价提供准确、可靠的依据。

基于可解吸瓦斯指标的有效抽采半径合理判据研究

为了得到真实的有效抽采半径指导本煤层瓦斯预抽,从瓦斯抽采的本质目标出发,以满足抽采达标要求为依据,确立了工作面日产量对应的煤层可解吸瓦斯含量这一核心判据,并通过反演相应的残余瓦斯压力,结合“压降法”形成了有效抽采半径测试方法。通过现场试验,由判定依据和测试方法得出1204工作面有效抽采半径抽采79 d时为1.5 m,以此指导工作面本煤层预抽钻孔布置,可满足抽采达标要求,回采期间上隅角瓦斯浓度0.28%~0.66%,实现了工作面安全生产,表明该判据合理有效。

受载煤岩瓦斯多扩散系数解吸模型研究

为研究受载原煤瓦斯解吸规律,利用含瓦斯煤岩力学性质测试系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了受载原煤加载-吸附-解吸-加载直至煤样破坏实验,建立了原煤的多扩散系数瓦斯解吸模型。基于非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出受载原煤的扩散参数B谱。研究结果表明:受载原煤一小时瓦斯累计解吸量在弹性阶段随轴向应力增大而减小,在塑性阶段随应力增加有小幅度回升,在煤岩破坏后急速增大。受载原煤瓦斯解吸多扩散系数模型能准确反映受载原煤瓦斯解吸规律,B谱可反映出受载原煤内部变化以及其瓦斯解吸规律情况。该模型可更准确合理地描述煤层内瓦斯运移过程。