外加水分对煤中瓦斯渗吸效应影响的实验研究

针对目前实验室研究含瓦斯煤渗吸效应的缺陷,搭建等压实验平台,在实验系统压力恒定条件下,对不同水分自然流入含瓦斯煤后的渗吸效应进行测试,并与非恒压条件下含瓦斯煤渗吸效应进行对比。结果表明:随着含水率的增加,渗吸量逐渐增大到稳定的数值,但渗吸量的增加幅度逐渐变小;渗吸速度包括快速增加、缓慢持久、衰减至0 3个阶段;等压条件下比非等压条件下的渗吸量和渗吸率高。     

煤中外加水分均匀性对瓦斯吸附解吸影响的研究现状

为搞清外加水分及其均匀性对瓦斯吸附解吸影响的研究现状,通过查阅大量的文献,对煤中外加水分的均匀性,不同含水率煤样的制备及测定方法,水分对煤的瓦斯吸附解吸的影响等方面进行了综述。结果表明:对不同含水率煤样制备要考虑:水分加入方式,外加水分均匀性,定含水率煤制备3方面的内容;对煤中水分的测定方法常用的是称重法;外加水分含量对煤的瓦斯吸附起抑制作用,对煤的瓦斯解吸促进和抑制作用兼具,根据实验侧重点的不同重点表现某一作用;外加水分不均匀会改变煤的瓦斯放散特性,影响对煤瓦斯吸附解吸的研究。今后应加大对煤样水分均匀性制备和测定的关注,提高煤样代表性,增强实验结果准度,为煤矿井下安全生产提供科学依据。     

外加水分对煤层瓦斯压力测定的影响分析

针对钻孔及煤岩层水对瓦斯压力测定的影响问题,从宏观影响和微观效应两方面分析了水对直接法测定煤层瓦斯压力的影响。宏观影响主要是由水的重力产生的,可以通过测试后计量钻孔中水分进行修正;微观效应通过实验室开展水对煤中瓦斯的置换实验进行分析。实验表明:水能够置换煤微孔隙中的瓦斯,使吸附态的瓦斯变为游离态瓦斯;在未饱和状态下,煤中含水率在2%～10%时,瓦斯的置换量随含水率的增大而增大,最终平衡的瓦斯压力也变大;从置换速率来看,初期置换速率迅速增加到最大,达到顶峰后进入衰减阶段,衰减趋势比较符合指数衰减规律;从卸压后的瓦斯解吸规律来看,煤样瓦斯解吸量随煤层含水率的增大而减小。考虑到现场测试时测压气室的体积、水对煤的润湿范围、煤的含水率等不确定影响因素,现场尚不能进行水对瓦斯压力影响的定量研究。     

水-热耦合作用下的煤中瓦斯解吸规律试验研究

以贵州低渗、较难抽采突出煤层为研究对象,借助HCA高压容量法瓦斯吸附装置,开展了不同温度及含水率条件的瓦斯解吸试验。研究表明:温度与煤中瓦斯解吸量呈正相关关系,含水率与煤中瓦斯解吸量呈负相关关系,温度和含水率对煤中瓦斯解吸影响最剧烈时段均集中于前30 min;利用改进的巴雷尔式推导了水-热耦合作用下煤中瓦斯解吸量量化关系式;理论分析了4个不同耦合区域对煤中瓦斯解吸量的影响。     

含瓦斯煤体渗吸水变形特征实验研究

为了研究含瓦斯煤体渗吸水变形特征,利用自主设计搭建的承压瓦斯自然吸水实验系统,开展煤体在0.5、1.0、1.5、2.0 MPa瓦斯吸附平衡压力下的自然渗吸水实验。实验结果表明:气体吸附阶段,瓦斯压力越大,煤体横、纵变形量越大,纵向变形量约为横向变形量的2倍;自然渗吸阶段,煤体横、纵变形量均大于同一瓦斯压力下单纯气体吸附过程,实验系统环境压力值小幅升高,压力上升最大值为0.013 MPa,表明水渗吸同时存在瓦斯解吸过程;卸压泄水阶段,不同瓦斯压力下煤体的含水率分别为0.98%、1.05%、1.51%、2.24%,体应变和初始瓦斯压力二次相关,煤体体应变残余变形值较大,表明水渗吸作用后含瓦斯煤体变形的不可逆性和破坏性。     

抽采过程中含瓦斯煤渗透率动态变化特征

基于孔隙率的定义,建立了考虑孔隙瓦斯压力、瓦斯吸附膨胀和地应力作用的含瓦斯煤渗透率模型,并研究了抽采过程中含瓦斯煤渗透率的动态变化特征。结果表明:含瓦斯煤的渗透率随地应力的增加呈指数形式降低,随瓦斯压力的减少呈现出先减小后增大的变化特征;瓦斯抽采过程中煤体弹性模量越小和吸附常数越大越有利于煤体渗透率的改善,而泊松比的变化对煤体渗透率的影响较小,对于合理地选择瓦斯抽采区域、布置瓦斯抽采工程和采取瓦斯抽采措施具有一定的指导意义。     

含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统的研发及应用北大核心

为了改进含瓦斯煤多场耦合条件下的基础实验研究,自主研发了含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,主要由恒压自动充气吸附单元、煤样瓦斯“面扩散”渗流解吸装置、瓦斯抽采单元、应力加卸载单元、非接触式应变测量单元、声发射监测单元、多参监测单元和实验系统管理软件组成;并应用该系统进行了煤体甲烷吸附解吸实验和含瓦斯煤受载过程中应力-应变-渗透规律研究。研究表明:煤体的吸附和解吸均符合指数函数,解吸率先快速增大后缓慢增加最终达到了平衡状态;同一时刻,随着粒径的减小,煤体吸附平衡时间越短、解吸率和解吸总量越大;含瓦斯煤应力-应变-渗透过程呈阶段特性,煤体渗透率在压密阶段快速降低;弹性变形阶段应变快速增大,渗透率缓慢降低并达到最小值;屈服阶段渗透率缓慢增加,峰后软化阶段渗透率快速增大。     

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。     

含水率对含瓦斯煤的渗流特性影响试验研究

利用自主研发的三轴煤岩瓦斯渗流试验系统,测定煤样在含水率、围压和瓦斯压力的不同组合情况下的渗流量,得到含水率与含瓦斯煤渗透特性之间的关系表达式,揭示了受水分影响的含瓦斯煤渗透特性的一些新的认识：① 不同含水率煤样,固定瓦斯压力条件下,含瓦斯煤渗透率随围压的增大而减小,且呈指数函数关系;② 不同含水率条件下的含瓦斯煤,随着瓦斯压力的增大,含瓦斯煤渗透率的先减小后增大,呈现出“V”字型变化趋势,具有明显的Klinkenberg效应;③ 瓦斯压力对含瓦斯煤渗透性的影响大于围压的影响;④ 恒定温度环境条件下,含水率对含瓦斯煤的渗透性有很明显的影响,随着煤样中含水率的增加,含瓦斯煤的渗透率逐渐减小,整体呈负指数关系。     

瓦斯放散初速度影响因素实验研究

通过实验测定了吸附时间、粒径、水分对瓦斯放散初速度的影响,并运用菲克定律进行了分析,为煤吸附解吸瓦斯机理的揭示提供一定的理论基础。结果表明,在煤样吸附瓦斯饱和前,吸附时间对瓦斯放散初速度影响较大,当吸附饱和后瓦斯放散初速度不再受吸附时间的影响;瓦斯放散初速度随粒径的减小而增大;瓦斯放散初速度随水分的增加而减小。