水锁抑制工作面瓦斯超限机理实验研究

在煤矿开采中,回采工作面落煤时的瓦斯大量涌出常常导致工作面瓦斯超限频繁,针对回采工作面的瓦斯超限问题,采取降压解吸的方法分别进行了无外液侵入、质量分数为0.0%渗透剂溶液(即纯水)和质量分数为0.025%JFC渗透剂溶液侵入条件下瓦斯解吸对比实验,获得了瓦斯解吸实验数据和曲线。结果表明:无论有无外液侵入,含瓦斯煤体的瓦斯压力越大,瓦斯解吸量越大;与无外液侵入煤样相比,有外液侵入煤样在不同压力点下的瓦斯解吸量都有不同程度的降低,特别是喷洒0.025%的JFC渗透剂的瓦斯解吸量降低效果更好;实验验证了渗透剂能在短时间内形成对煤瓦斯解吸的水锁封堵效果。可结合实际通过抽采+水锁或采前向煤体注液形成水锁的方法来抑制瓦斯释放量和瓦斯释放速度,进而解决回采工作面存在的瓦斯超限问题。     

渗透剂溶液对瓦斯解吸促进作用的实验研究

为提高瓦斯解吸效率,利用自主设计的瓦斯解吸测定装置,进行外液后置侵入过程中的瓦斯解吸实验,分析了纯水和0.025%渗透剂溶液侵入后含瓦斯煤的瓦斯解吸规律。结果表明:渗透剂溶液能够促进瓦斯解吸,而纯水作用不明显;外液侵入后瓦斯快速解吸集中在前10 min之内,而后逐步变缓并趋于终止。该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间的时间制约问题具有一定的参考价值。     

不同质量分数渗透剂溶液侵入对瓦斯解吸影响的实验

针对含瓦斯煤体中瓦斯解吸问题,利用自主设计的外液侵入条件下瓦斯解吸测定装置,首次证实了外液对瓦斯解吸促进作用的存在,分析了竞位脱附和毛细静力驱动两方面原因,指出渗透剂溶液对瓦斯解吸的促进效果随着其质量分数的增加而越发明显,以及对瓦斯解吸促进作用只发生在一段时间内的规律,并结合工作面瓦斯抽采提出了提高瓦斯解吸效率的具体措施与实施途径.该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间在时间上相互制约问题具有一定的参考应用价值.     

水驱气中驱动液侵入对瓦斯解吸的影响

针对水驱气的实施时间和驱动液的选择问题,利用外液侵入条件下含瓦斯煤的瓦斯解吸实验装置,开展了纯水和质量分数为0.025%JFC渗透剂溶液侵入过程中和侵入后对瓦斯解吸影响实验研究。结果表明:在煤层高压注液过程中对瓦斯的解吸和运移具有促进作用,且促进作用的表现程度与液体的性质有关,而在注液之后则对瓦斯解吸与释放具有延缓与阻碍作用。为了充分利用上述两种作用,在水驱气的实施时间上宜选在抽采末期,而在驱动液的选择上则宜在纯水中添加一定量的渗透剂,变"水驱气"为"液驱气"。在抽采钻孔利用上,注液孔与抽采孔宜分开使用。该研究可以为水驱气的利用提供参考。     

基于水锁机理的瓦斯超限防治理论

为防治煤矿井下回采工作面瓦斯超限,受石油天然气开采领域中水锁损害研究的启示,提出利用水锁抑制含瓦斯煤的瓦斯释放的思想。基于水锁机理,确定了含瓦斯煤中形成水锁的条件及利用水锁防治回采工作面瓦斯超限的实施途径。结果表明,该思想具有理论可行性;含瓦斯煤的多裂隙和多孔隙性、近似干燥的环境,外液,孔隙内外之间的压力差小于毛细管阻力,分别为水锁的形成提供了自然条件、物质条件和压力条件;采前＂预抽＋抽后注液＂顺序作业、采前＂抽放＋注液＂平行作业、采前直接钻孔注液、落煤过程中喷淋外液四种方式可防治工作面瓦斯超限。该思想的提出,对推动回采工作面瓦斯灾害的防治研究具有一定的借鉴意义。     

煤体瓦斯解吸过程温度场测量研究

为了研究煤体瓦斯解吸过程温度场变化规律,自行设计加工了含有锗单晶的专用瓦斯吸附缸体,研制了瓦斯吸附解吸过程温度场测量实验系统,并应用红外热像仪对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度场变化进行了实验测量.应用SAT软件对红外辐射视频信号进行了数据处理,在此基础上应用希尔伯特-黄对红外辐射信号进行EMD分解,有效的去除了红外辐射噪声信号的影响,得到了瓦斯解吸过程煤体表面温度场的变化规律.实验结果表明,煤体对瓦斯的解吸过程是吸热过程,伴随有温度的变化,煤体解吸瓦斯的同时对外吸收热量,从而使煤体的温度下降;瓦斯解吸所造成的温度下降与水分含量大小有明显的对应关系,煤样水分含量越高,则温度降低的越少,温度下降的幅度也越小.对不同水分条件下煤体瓦斯解吸过程温度变化曲线进行了拟合,其温度变化曲线符合指数函数.研究结果对应用红外热像技术进行工作面煤与瓦斯突出非接触式预测预报奠定了理论与实验基础.     

深部矿井首采综放工作面瓦斯综合治理技术

针对开滦唐山矿岳胥区首采综采放顶煤工作面瓦斯涌出量大的特点,对工作面瓦斯来源因素、瓦斯异常涌出因素分别作出具体的分析,从利用上隅角埋管,上隅角安设风动风车来解决工作面上隅角瓦斯超限问题,到泄瓦斯巷分段封闭利用高位瓦斯抽放孔抽放、工作面煤壁侧打瓦斯泄放孔提前释放瓦斯、工作面煤层注水等解决综放工作面上隅角及回风巷道内瓦斯超限措施,为类似条件下综放工作面瓦斯治理提供了一定的参考和借鉴。     

空化水射流声震效应强化煤层瓦斯解吸渗流的实验

针对含瓦斯煤层微裂隙、低透气性、高吸附的赋存状态以及煤层瓦斯难抽采的问题,提出了利用空化水射流声震效应强化瓦斯解吸渗流的方法.本文研究了空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸渗流的机理,对空化声震效应作用下煤样的解吸渗流特性进行了对比实验研究.实验表明:在空化数为0.020 0的条件下,空化声震效应作用下的煤样瓦斯解吸量增加36.9%,解吸时间缩短19.6%,空化声震效应作用效应下瓦斯的渗流速度明显增大,可达0.383 3 mL/s,提高率为35.3%.     

含瓦斯煤带压解吸规律的实验研究

为获得含瓦斯煤带压解吸规律,提高瓦斯抽采效率,对含瓦斯煤的带压与常压条件下的解吸过程进行实验研究。研究表明：瓦斯抽采过程中含瓦斯煤中的瓦斯属于带压解吸,带压瓦斯的解吸量和解吸速度均小于常压下的瓦斯解吸量和解吸速度,带压解吸条件下的解吸终止时间明显滞后于常压下的解吸终止时间。评价含瓦斯煤中瓦斯的可采性和确定瓦斯抽采终止时间时应以带压解吸指标作为衡量指标。该研究对瓦斯资源抽采具有一定的指导意义。     

煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究

本文从瓦斯流动连续性方程、瓦斯运动方程、瓦斯状态方程及瓦斯含量方程出发,综述分析了我国煤层瓦斯流动理论和渗流控制方程的研究现状;提出煤层中参与渗流的瓦斯量是煤体瓦斯含量部分量的观点,在假设煤体中瓦斯吸附与解吸过程是完全可逆的条件下,建立起了煤层瓦斯渗流的控制方程。     

地勘取芯过程中煤的瓦斯解吸规律研究

利用地勘取芯过程煤样瓦斯解吸模拟装置,研究了泥浆介质中煤的瓦斯解吸规律,针对瓦斯压力、泥浆压力、提钻速度及煤样粒度等因素进行了一系列煤的瓦斯解吸模拟实验,得出了地勘取芯提钻过程中煤芯瓦斯解吸的初始条件(0.01MPa≤Pmud-PCH4≤0.15MPa)、不同影响因素与瓦斯解吸的关系及非等压过程泥浆介质条件下煤芯瓦斯解吸特征。实验表明,在非等压过程泥浆介质条件下煤的瓦斯解吸曲线呈现出类宽缓型S形态或类双曲正切函数thx=(ex-e-x)/(ex+e-x)形状。     

预测裂缝型有水气藏早期水侵动态的新方法

四川盆地气藏地质情况复杂,储集层具有明显的低孔低渗特征,非均质性强,裂缝发育程度差异较大,气井产量大幅降低并出现水淹现象。利用气藏开发早期的试采数据来研究水体的性质及早期水侵动态,基于物质平衡原理建立了水侵动态预测模型,通过计算水侵强度系数得出气藏的水侵动态指标,避免了直接计算水侵量,运用非线性最优化方法进行求解并给出了相应的解法。针对实际气藏,利用该模型计算了反映水侵动态的各项指标。研究表明,该方法可以准确获得非均质气藏水体性质和水侵动态,其结果对提出早期控水措施很有帮助。对有水气藏的开发中实施早期控水措施具有重要的实际意义。     

基于声震法的煤层气特性测试系统

通过声震法影响煤层气吸附和渗流特性的原理,设计了一种用于煤样对煤层气的吸附/解吸和渗流特性研究的测试系统。该系统以压力试验机为主体,由智能声波发生器、吸附及渗流、加压、变形测试、气体供给。测试等6部分组成。介绍了实验装置的功能和操作方法。实验结果表明该装置完全能够满足加声场与不加声场条件下煤层气的吸附和渗流实验需求。     

考虑动静载加载的含瓦斯煤突出试验系统与应用

为研究深部开采条件下的复杂应力环境中煤层受动态载荷扰动发生煤岩动力灾害的过程和机理,在同类模拟突出设备基础上研制了动静载条件下的煤与瓦斯突出模拟实验设备。该实验装置包括煤样室、突出口装置、加载系统和计量系统。该实验设备能较好地模拟静态载荷和动态载荷共同作用下的突出现象,还可进行瓦斯吸附条件下的动静载突出实验,深入研究瓦斯吸附量对突出的影响。研究结果表明,在相同的动态载荷作用下,无瓦斯解吸过程比有瓦斯解吸过程更容易发生突出;无煤柱影响比有煤柱影响更容易发生突出,并且无煤柱影响的突出强度比有煤柱影响的要大。     

二乙醇胺和氨基乙酸复合活化热钾碱脱碳研究

本文运用并行反应和穿梭机理讨论了液相中发生M个并行反应的化学吸收和化学解吸,进而研究了二乙醇胺和氨基乙酸双胺复合活化热钾碱液脱碳的活化反应机理,并提出机理模型。通过搅拌反应釜和三口烧瓶反应器测定了各种活化剂配比下热钾碱液的吸收和解吸速率。由实验数据回归出模型中的各个参数。为改进Benfield脱碳工艺和无毒G-V脱碳工艺提供了理论上的依据。     

基于Langmuir公式的残余气预测方法

针对现场测试中残余气过低和需要快速获取含气量的情况,以残余气预测为重点,总结了现场残余气测试中存在的问题:(1)慢速解吸法测量低煤阶煤层含气量时,残余气量小可能导致常规方法无法获得结果或误差偏大;(2)快速解吸法测试煤层气含气量时,粉碎煤样测试残余气的方式可能造成少量煤层气的散失而使残余气结果偏低.分析了残余气比重的影响因素,以描述吸附过程Langmuir公式为依据,首次提出了用于残余气计算的曲线拟合法,通过与实测数据进行对比分析,认为该方法准确度较高、稳定性高,能够较准确得获得低含气量情况下的残余气,能有效提高现场含气量测试工作效率.