煤粒瓦斯解吸实验中的初始有效扩散系数

为研究煤体瓦斯解吸过程瓦斯初始扩散规律,采用理论分析煤粒瓦斯解吸扩散过程,根据扩散方程解析得到瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数的近似解计算方法.对振兴二矿煤样进行不同粒径煤样、不同温度条件和不同吸附平衡压力条件下的煤粒瓦斯解吸扩散实验,并计算各种实验状态下的瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数.研究结果表明:初始有效扩散系数与吸附平衡压力、温度和煤样粒径呈正相关.不同粒径的煤粒,在压力和温度相同的平衡条件下,煤粒的粒径越大,初始有效扩散系数越大.同一粒径条件下,初始有效扩散系数随温度和吸附平衡压力的升高而增大.而动力学扩散参数则基本随着粒径的减小而增大,随吸附平衡压力和温度的升高而增大.     

煤屑瓦斯菲克扩散的数值模拟

为研究煤屑瓦斯的放散规律,采用理论分析和数值模拟的方法,利用Fick定律建立煤屑瓦斯放散方程并进行无因次化,通过有限差分对方程进行离散,并编制VB程序解算,得到4种粒径的煤屑在不同初始瓦斯压力下累积解吸量随时间的变化.研究结果表明:扩散率函数和时间呈线性变化,扩散参数与扩散速度呈正相关即扩散系数是一个表征煤屑瓦斯扩散速度快慢的参数.     

煤粒瓦斯放散模型及规律研究

为了更准确地描述煤粒瓦斯的放散过程,设计了有限空间内煤粒瓦斯放散实验.实验结果表明瓦斯累积放散量倒数与时间n次方倒数成线性关系,且拟合度达到0.99以上,由此得出了煤粒瓦斯的放散模型.以达西定律为基础,构建了有限空间内瓦斯放散数学模型,采用有限差分编程解算,得到了与实验对应压力下,瓦斯流动过程中累积放散量及放散速度随时间的变化规律.通过对比分析,理论上验证了煤粒瓦斯放散模型的准确性,模拟结果与实验结果较好的吻合也进一步证实了瓦斯在煤粒中的流动符合达西定律.      

地层水对不同粒径煤岩解吸-扩散影响的实验研究

利用自主研发的入井液煤岩解吸实验装置,测试了四种粒径的干煤样和地层水注入后的解吸规律实验研究。通过逐渐降低解吸压力,研究注水前后不同粒径煤样在不同压力段下的解吸百分比变化。实验结果表明,无论是否注水,煤样粒径越小,解吸量越大。在注水后,粒径越大,解吸量伤害程度越高。根据煤层气的运移机理和煤样结构分析,将不同粒径煤样分为两种尺度的煤样。对于同一尺度下的干煤样,粒径越小,在压力降落初期越容易解吸;注水后,粒径越小,在压力降落初期受到的影响越大。     

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。     

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     

岩浆岩圈闭区煤层钻屑瓦斯解吸指标敏感性研究

为研究岩浆热演化区域煤层钻屑瓦斯解吸指标的敏感性,建立杨柳煤矿10煤层岩浆岩圈闭区煤层敏感指标体系,论文采用实验室实验和现场考察相结合的研究方法对岩浆岩圈闭的104,106采区突出预测指标(钻屑瓦斯解吸指标K1,Δh_2)的敏感性进行系统研究。结果表明:岩浆岩圈闭区域10煤层瓦斯初始解吸量大,初始解吸速度快,第1 min及第3~5 min瓦斯解吸量随瓦斯压力的变化符合幂指数关系;依据Δh_2指标计算所得的第3~5 min瓦斯解吸量与实测的瓦斯解吸量平均误差为23.30%,而依据K1指标计算的第1 min瓦斯解吸量与实测的瓦斯解吸量平均误差56.22%;依据Δh_2指标计算所得的第3~5 min瓦斯解吸量与实测的瓦斯解吸量平均误差更小,即表明Δh_2指标更敏感。同时,现场实测的78组钻屑瓦斯解吸指标结果也表明Δh_2指标迫近度方差和标准差较大、对工作面推进过程中的地应力及突出危险程度变化反映能力更强,即Δh_2指标更加敏感。因此,结合现场考察和实验室测定结果,将Δh_2作为10煤层岩浆岩圈闭区主要敏感指标,K1指标作为辅助指标。     

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。     

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.     

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。