粒径-温度耦合作用下煤中瓦斯解吸规律试验研究

为探究粒径和温度耦合作用对煤中瓦斯解吸演化规律,以贵州六盘水矿区17号煤层为研究对象,借助HCA高压容量法瓦斯吸附装置,开展了不同粒径和温度条件下的瓦斯解吸试验。结果表明:温度不变时,煤中瓦斯解吸量和初始瓦斯解吸量与粒径成反相关关系,粒径抑制瓦斯解吸过程;粒径恒定时,煤中瓦斯解吸量随温度升高而增加,温度促进瓦斯解吸过程;利用改进巴雷尔式和解吸试验前30 min实测数据,推导得出煤中瓦斯解吸量随粒径和温度耦合作用的函数关系式;当粒径从0.1～0.3 mm增至0.75～1 mm范围,粒径和温度耦合作用均抑制煤中瓦斯解吸过程,瓦斯解吸量总体呈下降趋势,但其随粒径增大呈快速降低-缓慢降低的渐变趋势,而随温度变化规律各异。     

水分对受载原煤瓦斯解吸影响的实验研究

为研究水分对煤层瓦斯流动的影响规律,以焦作矿区赵固矿原煤为实验对象,利用热流固耦合实验系统完成了不同气体压力条件下含水率分别为0.9%、1.5%、2.2%、3.3%的受载原煤瓦斯解吸实验。实验结果表明:当含水率小于3.3%时,受载原煤100 min累计瓦斯解吸量随水分增加呈线性减小趋势;受载原煤水分增加时解吸速度指数、1 min时刻的瓦斯解吸速度均有减小趋势;当煤层中水分减小时,瓦斯解吸速度衰减的趋势减缓,瓦斯解吸更加平稳,使得工作面煤与瓦斯突出可能性减小。     

红外测温仪用于煤样瓦斯解吸与温度关系的测量研究

通过对八个不同煤样,在注人不同压力的瓦斯,进行瓦斯解吸与温度关系的实验。揭示了瓦斯赋存量相近的煤,解吸时引起的煤体温度变化也相近;瓦斯赋存量高的煤,解吸时引起的煤体温度变化量也大,这意味着煤与瓦斯突出的危险也越大。     

构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究

利用自制的煤样瓦斯解吸试验装置,在恒温30 ℃、不同压力、不同粒度条件下,研究平顶山和鹤壁的原生结构煤和构造煤的瓦斯解吸初期速度和解吸量,分析构造煤瓦斯解吸初期的影响因素,建立构造煤瓦斯初期解吸数学模型。实验结果表明：与原生结构煤相比,构造煤瓦斯解吸初期速度更大,其初始解吸速度为1.23~4.20 mL/(g·min),是相同实验条件下原生结构煤的1.36~2.84倍,尤其在前1 min内差别较大;构造煤瓦斯解吸量是一条单调递增的幂函数曲线,0~10 min的瓦斯解吸规律具有分段性,可分为快速解吸段、缓慢解吸段和平稳解吸段,构造煤前10 min瓦斯解吸量可达1 h内解吸总量的60%。分析认为构造煤中大孔和过渡孔的发育程度决定了构造煤瓦斯初期特征;构造煤瓦斯解吸初速度随粒度的减小而增加,但是在极限粒度以下煤粒度对瓦斯初期解吸速度影响较小;瓦斯解吸初速度与吸附平衡压力呈幂指数关系;构造煤瓦斯解吸初期曲线符合文特式。     

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。     

不同压力阶段下温度对瓦斯解吸规律实验研究

利用高温高压气体吸附分析仪,研究了不同压力阶段条件下温度对瓦斯解吸规律的影响,得到了各个压力段的瓦斯累计解吸量随时间变化的实测曲线,进而得到累计解吸量与时间的函数关系式。实验结果表明:在各个解吸压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量不同;在相同压力条件下,温度越高,煤粒瓦斯解吸越容易;各个压力段内,不同温度的瓦斯累积解吸量与时间的关系均能拟合成统一的函数关系式。     

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。     

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.     

基于瓦斯解吸规律的掘进落煤瓦斯涌出量预测

为了准确预测掘进落煤瓦斯涌出量,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同瓦斯压力条件下瓦斯解吸实验,研究了余吾煤业3#煤瓦斯解吸规律,建立了掘进落煤瓦斯涌出量预测模型,对不同瓦斯压力在不同掘进速度的落煤瓦斯涌出量进行了预测,查明了影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素。研究结果表明:余吾煤业3#煤瓦斯解吸采用对数函数公式具有较高的拟合精度,拟合参数A和B受到煤层瓦斯压力或瓦斯含量的控制,影响掘进落煤瓦斯涌出量的主要因素为煤层原始瓦斯压力或瓦斯含量、割煤速度及落煤停留时间。     

煤与瓦斯突出发生前后煤层温度演化规律研究

为研究煤与瓦斯突出发生前后煤层温度演化规律,利用多场耦合煤矿动力灾害物理模拟试验系统,开展了气-固耦合条件下的煤与瓦斯突出物理模拟试验,并监测了突出发生前后的煤层瓦斯压力与温度.研究表明:在突出发生之前,煤层在吸附瓦斯过程中煤体温度随着瓦斯压力的增大而逐渐升高,煤层在达到吸附平衡后,煤体温度上升了2.6℃,位于煤层中心位置处的煤体温度明显高于边缘位置处;突出发生后,距离突出口较近的断面内煤体温度会出现突降现象,断面中心位置处温度下降量明显较大,而在距离突出口较远的断面,温度变化趋势与之相反;突出过程为热力学多变过程,煤体温度降低是由游离瓦斯膨胀做功和吸附瓦斯解吸造成的,煤体温度下降量和瓦斯膨胀能随着瓦斯解吸量的增加而增大.