焦耳热效应和矿物质对煤导电性的影响

主要讨论了焦耳热效应和矿物质对煤导电性质的影响。结果表明,因焦耳热的影响煤体温度升高,使得通过煤体的电流增大,且这种效应随时间的增加,由于散热影响而减弱,从而导致一定时间后导电性随时间而减弱;煤在脱除方解石、石英等矿物质后电导率增大１～２个数量级,煤的堆密度增大及煤粒度减小时其电导率将增大。     

煤体爆破冲击波煤-岩界面反射效应试验研究

为研究爆破载荷作用下煤-岩界面反射的应力波对煤体变形的影响,采用相似模拟的试验手段,应用动态信号测试分析系统监测爆孔径向动应变,探讨了煤体质点动应变波形、动应变速率波形以及速率频谱曲线特征,并得到了质点动应变最值、动应变速率最大值以及主频随质点距爆破中心距离的变化规律.试验结果表明:爆破应力波在煤-岩界面反射后变为拉伸波,导致煤体变形特征与典型的仅含自由面的煤体变形特征存在较大差异;试验条件下靠近爆破孔的监测点形成两段应变波形,第1段以压缩相为主,第二段以拉伸相为主;煤体质点压缩相应变波峰值随距爆孔中心距离的增大而衰减,而拉伸相应变波峰值随距离的增大而增大;煤体损伤、动应变速率最大值以及主频均随距离的增大先减小后增大.     

低变质原生结构煤电阻率变化规律实验研究

为了研究各个因素对煤电学性质的影响,利用电学方法通过电学参数来反映煤电阻率的变化规律。通过采用自主研制的煤体电阻率测试系统,用实验的方法对大佛寺井田低变质原生结构煤研究了应力作用时间、应力大小、甲烷气体吸附量以及含水率对煤体电阻率的影响。研究结果表明:煤体电阻率随应力作用时间先快速下降,后逐渐趋于稳定;应力越大,电阻率越小,吸附甲烷气体的量越多电阻率下降程度越大;含水率的提高也会造成煤体电阻率下降。最后基于灰色关联法分析了应力大小、应力作用时间、甲烷吸附量、含水率与煤体电阻率变化量的关联情况,从关联度可以看出应力大小是影响煤体电阻率变化的最主要因素。研究结果对于煤的导电特性研究具有一定的参考价值。     

考虑瓦斯影响的煤层冲击地压钻屑量指标研究

对于含瓦斯煤层实施钻屑法必须考虑瓦斯的影响。考虑瓦斯的影响和煤体损伤特性，经理论推导得到了含瓦斯煤层检测冲击地压的钻屑量指标，并结合阜新五龙矿的实际情况进行了验证。单位长度钻屑量危险指标与煤的密度成正比，与成孔直径的平方成正比，随弹性模量增大而减小，随抗压强度增大而增加。随瓦斯压力增大而增加，随孔隙增加而减小。     

压降及储层压力与煤变形的相关性研究

为了进一步完善解吸瓦斯煤体变形机理,探讨压降和储层压力对煤解吸瓦斯的影响,采用原煤试件,进行了不同储层压力和压降的煤解吸瓦斯变形实验。实验结果表明,解吸达到平衡所需时间与储层压力及压降呈正相关关系;降压0.3 MPa时,收缩应变随储层压力的增加而减小;降压至大气压时,收缩应变随储层压力的增大而增大,储层压力0.9 MPa的大于储层压力0.6 MPa的大于储层压力0.3 MPa的;当储层压力相同时,收缩应变随压降的增大而增加;当储层压力较小时,大压降储层瓦斯解吸量大于小压降储层瓦斯解吸量。     

含水率对煤层瓦斯渗流特性影响的试验研究

针对煤层注水软化或水力增透技术造成的煤体含水率高,进而影响煤层瓦斯的渗流特性的问题,利用自主研发的MCQ-Ⅱ型煤层瓦斯渗流试验设备,对原煤试件进行了25℃、31 MPa恒定温压条件下含水率(质量分数)分别为0%,2%,4%,6%,8%的瓦斯渗透性试验。研究发现,在恒定温压条件下,煤样渗透率随渗透压的增加而增加,且含水率越高,渗透率随渗透压升高增加越快;瓦斯的启动压力随含水率的增加而增加,在不同的含水率条件下,可测到渗透率的最低瓦斯渗透压力为2 MPa,由于渗透压力较大,渗透过程中的Klinkenberg效应不明显;瓦斯渗透率随含水率的增加呈指数降低,当含水率低于6%时渗透率随含水率增加降低较快,当含水率高于6%时含水率对渗透率的影响程度减弱;在煤体注水过程中,煤体弹性模量会降低,使得煤体在轴向和径向的压缩应变增大,当含水率超过6%后,含水率对于煤体变形的影响减弱,且煤体变形过程中表现出各向异性,轴向应变始终大于径向应变。该结论对于煤层注水或水力压裂后,煤层中瓦斯运移规律变化研究有一定的指导意义。     

煤自然发火过程温度、氧浓度的时空演化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的氧化过程,分析了温度、氧浓度在时间及空间上的变化规律。结果表明:松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度温度与时间呈现指数增长,70℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口和出气口两侧氧体积分数18%以上,温度超过70℃后,不同煤体高度的氧浓度随时间增长逐渐下降。     

结构异性煤体渗透率特性

 煤渗透率是研究瓦斯渗流特性及运移规律的关键参数, 而煤体结构各向异性导致渗透率具有明显的方向性。利用煤岩瓦斯渗流试验系统, 对不同变质程度煤样试件在面割理和端割理方向上, 进行不同瓦斯压力下的渗透率测试, 并根据等效驱替原理, 建立各向异性煤体渗透率的计算模型, 数值分析了煤体渗流的定向性特征。结果表明:在煤体面割理和端割理方向, 渗透率均随瓦斯压力增大成负指数减小;面割理方向的瓦斯渗透率与端割理方向相差可超过1 个量级, 且煤的变质程度越高, 差别越明显。随瓦斯压力增大, 煤的瓦斯渗流定向性系数峰值增大, 煤层瓦斯渗透定向性增强。在相同瓦斯压力下, 煤的变质程度越低, 煤层瓦斯渗透定向性越弱。     

构造煤组合体单轴加载下裂隙演化及分形规律

为研究不同占比的构造煤-原生质煤组合体压裂后的裂隙演化规律及分形特征,运用单轴加载试验手段,得到了5种不同占比构造煤组合体的裂隙长度、角度及分形维数演化规律。结果表明,随构造煤占比的增大,组合体抗压强度、弹性模量均呈减小的趋势,而峰值应力应变呈增大的趋势,组合体整体特性向构造煤的脆性特性靠近,破坏形式从剪切破坏逐渐过渡到拉伸破坏。随构造煤占比的增大,主裂隙扩展时间占比由14%增大至59%,主裂隙平均扩展速率由0.76 mm/s增长至2.34 mm/s,主裂隙角度平均变化速率由3.07°/s减小至0.70°/s,煤体交界处的主裂隙角度和主裂隙角度平均变化速率均逐渐减小。随着不断的加载,组合体分形维数逐渐增大,各峰值应力处分形维数普遍分布在0.99～1.31。随着主裂隙角度的变化,全原生质煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐减小,全构造煤试件主裂隙不同角度的分形维数逐渐增大,其他占比的构造煤组合体不同角度的主裂隙分形维数均先增加后减少,且其变化均发生在各自的煤体交界处。揭示了不同占比的构造煤组合体在加载过程中的裂隙扩展与角度的有关变化规律,为煤矿安全开采提供理论依据。     

染料敏化太阳能电池中准固态电解质研究

目的研究一种新型的准固态电解质的制备工艺,分析制备工艺中各影响因素对准固态电解质吸收率、电导率及光电性能的影响.方法以丙烯酸-聚乙二醇共混聚合物为基体形成凝胶,吸附液态电解质形成准固态电解质,选取反应时间、聚乙二醇分子量、干燥时间和KI/I2的物质量比4个制备工艺中的主要影响因素分别制样,测试聚合物凝胶的吸收率、准固态电解质的离子电导率及以其组装的染料敏化太阳能电池的光电转换效率,探索制备工艺.结果实验表明当反应时间为45 min,采用聚乙二醇1 000,干燥时间为90 min,n(KI)∶n(I2)=50∶1时,准固态电解质的各项性能最佳.结论随反应时间、干燥时间的增加,准固态电解质的吸收率和电导率变化趋势为先增大后减少.随聚乙二醇分子量的增大,准固态电解质的吸收率呈现先减小后增大的趋势,而电导率呈现先增大后减小的趋势.随KI浓度的增加,准固态电解质的吸收率和电导率变化趋势为先减小后增大.     

混煤孔隙分布规律及其瓦斯吸附特性

针对混煤孔隙分布规律及其瓦斯吸附问题,运用WY-98B瓦斯吸附常数测定仪及ASAP 2020型比表面积及孔隙分析仪,对所选择的典型高瓦斯煤矿的原生结构煤及构造煤制作的混合煤样开展吸附特性测试及孔隙分布测试实验.结果表明:构造煤中的孔隙比表面积较原生结构煤体中的孔隙比表面积增大了82.29%,其中孔隙比表面积随构造煤质量变化呈先增高后降低的变化趋势,并且在构造煤与原生结构煤质量相等的条件下达到最大,同时受混合煤样中构造煤存在的影响导致混合煤样等温吸附量及Langmuir吸附常数的变化随构造煤质量的变化呈现开口向下的二次曲线的变化规律,Langmuir吸附常数随构造煤质量的变化呈现出开口向上的二次曲线的变化规律.实验结果为进一步研究不同条件下煤体的吸附特性提供了理论基础.     

甘氨酸在PEG400水溶液中的摩尔电导率

利用DDS-IIA型电导率仪测定了不同温度下甘氨酸在PEG400水溶液中的电导率,计算了甘氨酸的摩尔电导率.探讨了温度和溶剂浓度对甘氨酸摩尔电导率的影响.结果表明,甘氨酸的摩尔电导率随温度的升高而增大,随溶剂浓度的增大而降低.     

氡在侏罗纪煤中运移规律的实验研究

为了掌握氡探测煤矿隐蔽火源的机理,运用自主设计的可控角度实验装置,以铀矿石为氡源,研究分析了氡在侏罗纪煤体中不同煤温条件下和不同方向上(β倾角)的运移规律。实验结果表明,氡在侏罗纪煤体中的运移具有方向性:同一煤温时,距氡源相同距离位置处的氡浓度值随β倾角的增加而增大;同一方向上,氡浓度值随距氡源距离的增加而减小,温度越高减小速率越快;同一位置处温度越高氡浓度值越大。计算出了不同煤温下和不同方向上氡在侏罗纪煤体中的运移系数、运移速度和运移总量,结果表明运移系数、运移速度和运移总量均随方向和温度的变化呈一定的变化规律,发现氡-氦团簇作用是氡在侏罗纪煤体中竖直运移的主导因素;运移系数、运移速度和运移量随β倾角的变化规律解释了氡在侏罗纪煤体中运移具有方向性的原因,对测氡法探测隐蔽火源位置具有一定的指导意义。     

煤体恒定加载蠕变损伤实验的研究

为了得到恒定荷载作用下煤体蠕变损伤破坏规律,采用速率为0.2 kN/s的荷载控制加载方式,加载至15 kN后保持不变.监测和分析恒定荷载下煤体的轴向变形、径向变形和应变随时间的变化情况以及能量、幅值、撞击和声发射事件等声发射信息随时间的变化.结果表明：声发射信息随着煤体损伤状况的变化表现出不同的特征;声发射事件沿着轴力方向增加,主要集中在煤体内部中间部位;声发射事件产生的位置、速率,可以直观反映煤体表面裂隙在煤体内部发育状况和蠕变过程中裂隙扩展方向及速率,对分析煤体蠕变损伤状况和预测煤体蠕变破坏位置具有重要意义.     

煤体渗透率随温度和应力变化的实验研究

针对温度、应力共同影响下的煤体甲烷渗透率变化规律仍然存在矛盾认识这一问题,采用实验和理论分析的方法,进行了不同温度、不同应力条件下的煤体甲烷渗流实验,分析了二者不同组合条件下的煤体渗透率变化机理。实验结果表明,渗透率随温度的升高呈现两种不同的变化规律,即在高应力条件下,渗透率随温度的升高而降低;在低应力条件下,煤体渗透率随温度的升高而升高。研究认为,温度与应力对渗透率有不同的影响机制,外围应力仅对煤孔隙有压缩效应,而在不同外围应力条件下,温度对煤基质具有外膨胀和内膨胀两种影响效应,进而使渗透率呈现不同的变化规律。这一发现对预测煤层气高渗区具有理论指导意义和应用价值。     

螯合剂对煤体性质的影响

煤矿进入深部开采后,煤体的力学性质发生改变,致使煤层的可注性降低,且煤层注水效果随着时间的推移逐渐变差。选用螯合剂增加煤层注水效果,通过实验分析发现:所注低渗透煤层中含有一定量的矿物质,螯合剂亚氨基二琥珀酸四钠(IDS)可以使矿物质解络成离子,使原本处于封闭状态的孔隙被疏通,水在煤层中的流动性增强;煤层中矿物质离子的浸出量随螯合剂IDS质量浓度增加逐渐增大, IDS用量在质量浓度为2 000 mg/L时性价比最高;IDS作用后煤样的冲击倾向性下降;含硫矿物质(例如黄铁矿)中金属离子被螯合后硫被释放,从源头上减少了硫的含量,同时IDS又是可降解环保型螯合剂,其使用对环境无毒性影响。煤层注水添加螯合剂为复合动力灾害防治提供参考。     

负压瓦斯抽采对煤体水分影响的实验研究

针对瓦斯抽采可能引起的煤体的"负压失水"现象,实验室模拟定量研究了特定的负压、温度条件下的煤体水分含量及失水率与时间的关系,分析了煤体的负压失水机理。研究结果表明:随着负压作用时间的延长,不同变质程度煤样(原始水分含量不同)的水分含量均降低,初期水分含量(1 h以内)下降较快,之后趋于平缓,最终趋向于一定值。实验条件下各煤样的失水率均为70%左右,煤体的失水量较大,失水率与煤的初始水分含量无关。抽采负压降低了煤体内部孔隙气体压力,水的沸点和饱和蒸气压均降低,增大了煤中自由水和游离水的蒸发(非沸腾)气化速度,煤中的吸附水和液态水(游离水)转变为气态水被抽出。煤体水分含量对采掘时的粉尘产生量影响较大,长时间连续的煤层瓦斯抽采将导致煤体水分流失,对矿井的防尘工作不利,因此对抽采后煤体进行煤层注水或采取强化的防尘措施非常有必要。     

煤物理吸附氧的研究

对煤自燃过程中煤物理吸附氧进行了理论分析,利用色谱吸氧法测试了不同煤种的煤样在不同吸附时间、不同环境温度和不同粒度的物理吸附氧量,分析了影响煤物理吸附氧的影响因素,并计算出煤因物理吸附氧而放出热量使煤体温度的上升值结果表明,煤物理吸附氧量随环境温度上升而下降、随粒度变大先增加而后下降、而与煤的变质程度没有直接关系.煤物理吸附氧气的速率非常快.物理吸附是煤自燃过程的第一步,其关键作用在于为煤的氧化输送氧.最后从实验和理论上对以煤吸附氧量大小为指标的煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价图5,表2,参8.     

煤/生物质共热解过程中生物质碱金属钾迁移规律

考察了煤/生物质共热解过程中煤中矿物质、煤半焦物理结构及煤中氧含量等因素对生物质碱金属在共热解过程中迁移行为的影响。结果发现:煤中矿物质和煤焦中氧含量是影响共热解过程中生物质碱金属钾再分配的主要因素;生物质碱金属钾的迁移随煤中矿物质含量(质量分数)的增加而增加,煤焦中生物质钾质量分数从17.69%增加到41.49%;迁移到共热解脱矿物质煤焦中的生物质钾与煤焦中氧的含量有关;而煤焦的物理结构对共热解过程中生物质碱金属的影响很小。     

有效围压为零条件下瓦斯对煤体力学性质影响的实验

考虑到气体的封存条件,含瓦斯煤体力学指标的测定一般都是在伪三轴的情况下进行的。但根据国家标准,煤岩力学指标的测定多是对原煤标准试样进行单轴实验取得的。利用瓦斯气体密封装置,提出了测定瓦斯煤体力学指标的类单轴实验方法。通过实验研究,得到了有效围压为零条件下瓦斯对煤样力学性质和力学响应的影响规律。实验结果表明,孔隙瓦斯改变了煤体全部变形阶段的力学响应特性,而煤体力学性质和响应的变化趋势随瓦斯压力的升高而逐渐减弱,即随瓦斯压力的升高,吸附瓦斯所引起的非力学作用将逐渐占据主导地位。