解吸法测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量的实验研究

本文实验研究了煤屑的瓦斯解吸规律,实验表明:煤屑的解吸瓦斯流量与煤层瓦斯含量、瓦斯压力密切相关,利用煤屑解吸瓦斯流量可准确测算煤层瓦斯压力和瓦斯含量,该方法具有测定速度快、简单易行、数据可靠等特点,可在现场推广应用.最后提出了利用煤屑解吸瓦斯流量测算煤层瓦斯压力和瓦斯含量的计算方法和计算公式.     

煤中瓦斯解吸渗透理论及实验研究

为了研究煤层中瓦斯瓦斯吸附解吸过程和瓦斯流动规律,基于国内外现有研究理论成果,设计了瓦斯吸附解吸的实验系统,该系统主要包括温度控制系统、瓦斯吸附解吸系统和数据采集与处理系统.通过自制的煤样,实验研究了在一个标准大气压和温度30℃条件下瓦斯的解吸规律.采用动态定压解吸法进行瓦斯解吸实验,研究并指出了解吸速率与煤样粒度之间关系的规律.通过对三种不同煤样的解吸的对比分析,提出了瓦斯解吸量与时间之间的关系式,建立了煤的瓦斯解吸量的数学模型.对于改进现有的抽采方法并提高抽采水平、对于煤与瓦斯的突出预测和煤矿瓦斯灾害的防治均具有理论意义和实际应用价值.     

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.     

26082工作面瓦斯含量测定

煤层瓦斯的含量是确定瓦斯涌出量基础的数据,矿井瓦斯抽放设计和矿井通风设计的重要参数之一。煤层瓦斯含量在一定程度上取决于煤层瓦斯压力,在设计中采用单片机控制技术及先进的气体流量传感技术,首次采用了无阻力微量气体流量测定原理,使煤样解吸过程更接近煤的自然解吸状态。     

低频激励的煤体瓦斯解吸试验

针对一些地区煤矿瓦斯赋存浓度高,不能采用外加电磁场的方式促进瓦斯的解吸问题.利用自制的低频激励瓦斯解吸及测量装置,设置了3组实验,通过测量不同情况下煤样罐中瓦斯的解吸量,研究低频振动和声波(统称为低频激励)对瓦斯解吸的综合影响.结果表明:低频激励条件下瓦斯解吸量是自然条件下的2倍左右,施加频率为70~120 Hz,激励的煤样罐比其他煤样罐中每100 g煤样剩余瓦斯量少.试验结果证明了低频激励可以加快瓦斯解吸速率,加深瓦斯解吸程度.激励的频率在70~120 Hz变化时,由于达到了瓦斯附着的本振频率而使瓦斯解吸程度加深.另外试验还间接证明了声波对瓦斯解吸有积极的作用.     

功率超声致煤层瓦斯升温机理

为了分析功率超声对煤层瓦斯抽放率的影响,基于线性超声学原理,推导了功率超声在煤层瓦斯中传播的吸收致能量损耗公式及热传导诱发的能量损耗公式,并进而推导了功率超声下煤层瓦斯升温计算公式.利用试验资料研究了煤体升温对瓦斯吸附/解吸的影响,在瓦斯吸附量.温度的拟合关系式基础上,建立了功率超声诱发煤层瓦斯升温致瓦斯解吸量的计算公式.研究表明,功率超声致煤层瓦斯升温作用能提高煤层瓦斯的解吸率和抽放率.     

低温环境对煤的瓦斯解吸抑制效应试验

针对当前煤样取芯过程瓦斯漏失严重的问题,冷冻取样法成为未来瓦斯含量准确测定的一个新方向,而低温环境（0℃及以下）煤的瓦斯解吸特性研究是关键。为此,笔者采用自制高低温吸附／解吸装置,对低温环境煤的瓦斯解吸规律开展了试验研究。研究结果表明,温度对煤的解吸量影响明显,随温度的降低,煤的瓦斯吸附量有增大的趋势,而随着温度的降低,煤的瓦斯解吸量却有减小的趋势,即降低温度抑制了瓦斯解吸,而且温度越低,抑制解吸效果越明显。瓦斯压力增大,将会消弱低温环境煤的瓦斯解吸抑制效果。     

开滦矿区主采煤层瓦斯解吸规律实验研究及应用

为了研究开滦矿区煤层瓦斯解吸规律,对开滦矿区吕家坨和钱家营矿煤层瓦斯含量进行井下直接测定与煤样吸附解吸实验。通过设定煤层瓦斯压力下的吸附解吸实验,分析数据得出解吸规律与损失量推算公式后,与国家标准推荐的损失量推算公式作比较,得出适合开滦矿区的煤层瓦斯解吸规律,并对煤层瓦斯含量进行修正。研究表明,新得出的瓦斯解吸规率符合Q=at~b,利用新得出的瓦斯解吸规律测定出的瓦斯含量要比国家推荐方法测定的瓦斯含量最大提高4.3%,反算后的瓦斯压力最大提高5.0%。     

煤层瓦斯含量拟合装备的设计

煤层瓦斯含量预测中需要对样煤的瓦斯含量进行测试分析。样煤瓦斯解吸速率随时间延长逐渐降低,所以需要采用一种极低压损的气体流量传感器进行测试。为适应这一需求,仪表设计采用了微机电系统(MEMS)流量传感器FS4001,通过混合信号处理器12位A/D转换实现气体流量采集,再根据样煤瓦斯解吸速率随时间变化的幂函数关系,自动拟合推导出自然状态下样煤解吸的瓦斯总量。该仪表实现了数据采集、多组存储、时间设定、解吸速率曲线显示、总量逻辑推导、损失量拟合等多项功能,在微气体测量领域有很好的应用前景。     

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。     

渗透剂溶液水锁效应对瓦斯解吸影响实验研究

 针对回采工作面瓦斯超限问题,利用自主研发的外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置,开展了有、无渗透剂溶液侵入条件下的瓦斯解吸对比实验,获得了相关实验数据和瓦斯解吸曲线,据此分析了外液侵入对瓦斯解吸的影响。结果表明,无论有无外液侵入,含瓦斯煤体所处的瓦斯压力水平越高,其瓦斯自然解吸量越大,瓦斯解吸主要集中在前1h内;在外液侵入后,能够在含瓦斯煤体中产生水锁效应,从而降低瓦斯的释放量并延缓瓦斯的释放速度;利用水锁效应防止工作面瓦斯超限具有可行性,可结合实际通过煤层注液和落煤过程中喷洒渗透剂溶液两种途径予以实施。     

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。     

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。     

定压动态瓦斯解吸规律实验

为了研究煤粒瓦斯的解吸规律,设计了恒温定压动态瓦斯吸附解吸实验,提出一种计算瓦斯累积解吸量的方法,即通过测定参考罐和样品罐的压力,计算得到两罐自由空间瓦斯量,连通后得出两罐自由空间瓦斯量分别随时间的变化,进而得到瓦斯累积解吸量随时间变化的实测曲线,研究了同一煤质不同粒径的煤样在不同初始煤粒瓦斯压力下的解吸特性.实验结果表明:煤粒瓦斯累积解吸量的倒数与时间函数成线性关系;同一粒径煤粒初始压力越大,最大瓦斯解吸量越大;相同初始压力条件下,煤粒粒径越小煤粒瓦斯解吸速率越快.该研究成果对预测煤矿瓦斯涌出量具有重要的理论指导意义.     

不同煤阶软硬煤粒瓦斯放散规律实验研究

以焦煤中马村无烟煤、义煤新安矿贫瘦煤和平煤八矿气肥煤的同一煤层的软分层与硬分层煤样为研究对象,自主研制了煤粒瓦斯吸附-放散实验系统,对不同煤阶软硬煤瓦斯动态放散规律的差异进行研究分析。研究结果表明：在相同解吸时间内,瓦斯累积解吸量及解吸速度均随着变质程度的加深而增大,而软煤的瓦斯解吸量和解吸速度明显大于硬煤;对6组煤样实验数据进行了经验公式回归分析,解吸时间120min内无烟煤硬煤所用经验公式拟合效果都较好,软煤只有乌斯基诺夫式、文特式和孙重旭式拟合结果理想;对于贫瘦煤和气肥煤,文特式和孙重旭式拟合效果最好     

不同煤阶软硬煤粒瓦斯放散规律的实验研究

以焦煤中马村无烟煤、义煤新安矿贫瘦煤和平煤八矿气肥煤的同一煤层的软分层与硬分层煤样为研究对象,自主研制了煤粒瓦斯吸附-放散实验系统,对不同煤阶软硬煤瓦斯动态放散规律的差异进行研究分析。实验结果表明:在相同解吸时间内,瓦斯累积解吸量及解吸速度均随煤变质程度的加深而增大,而软煤的瓦斯解吸量和解吸速度明显大于硬煤;对6组煤样实验数据进行了经验公式回归分析,发现解吸时间120 min内无烟煤硬煤所用经验公式拟合效果均较好,但软煤只有乌斯基诺夫式、文特式和孙重旭式拟合结果理想;对于贫瘦煤和气肥煤,文特式和孙重旭式拟合效果最好。     

煤矿采场的瓦斯分布场重建技术

通过安全监控系统监测的瓦斯数据,研究采场瓦斯分布规律、重建瓦斯分布场,可有效实现对瓦斯爆炸事故的预防.针对煤矿井下采场瓦斯监测数据相对有限的问题,进行了基于克里金插值的瓦斯分布场重建技术研究.对采煤工作面的瓦斯浓度实测数据进行了分布特性的分析,对比了常用空间插值方法的特点,确定了基于克里金插值方法的瓦斯分布重建方法.根据地质统计学的基本原理,先对获得的原始数据进行预处理,并对实验变异函数进行计算,绘出变异函数分布图.最后利用克里金插值的3种常用理论模型对实验变异函数进行拟合,并用交叉检验的方法对3种模型拟合的效果进行检验.结果显示基于克里金插值方法实现瓦斯分布场重建技术具有令人满意的效果.     

利用钻屑解吸法测定煤层瓦斯压力的应用

本文在实验的基础上,根据煤屑瓦斯解吸规律,测定了煤钻屑解吸指标同煤层瓦斯压力的关系,进而确定了红岭煤矿的煤层瓦斯压力.经实际考察,确定的煤层瓦斯压力值可作为评价煤层瓦斯含量和煤层突出危险性鉴定的参考值.     

GIS在采掘工作面瓦斯涌出预测中的应用

采掘工作面瓦斯涌出量涉及到大量与地理坐标相关的多种信息.基于GIS( Geographic Information System)平台和C++Builder软件,结合采掘瓦斯涌出量性能化预报方法,开发了煤矿 采掘工作面瓦斯涌出预测系统.该系统使瓦斯涌出预测向多参数、多目标、多维方向发展,解决了瓦斯涌出预测数据庞大且数据大多与地理坐标相关的问题,实现了采掘工作面瓦斯涌出预测与煤矿安全管理决策的一体化、可视化,能科学指导生产矿井工作面的风量分配与瓦斯管理,提高采掘工作面瓦斯涌出预测的准确性、决策科学性和直观性.     

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%.