煤矿硫化氢防治技术研究进展

 煤矿H₂S气体异常富集而导致的突然涌出和伤亡事故越来越频繁。根据H₂S在煤矿中的分布特征、赋存形式和涌出形态,综述了含煤岩层、巷道风流中和地下水体中的H₂S防治技术。目前使用的H₂S防治技术主要有煤层施钻高压注碱中和、巷道碱液喷洒、加大风量稀释、改变通风方式、抽排、疏堵及综合治理等方法;采用的碱性药剂主要是质量百分比浓度为0.5%～3.0%的碳酸钠、碳酸氢钠溶液等;部分碱性溶液中添加有表面活性剂、芬顿试剂、十二烷基苯磺酸钠、次氯酸纳或氯胺-T等。分析了各类防治技术的治理效果及存在的主要问题,提出了一种新型的煤矿H₂S综合防治技术方案。各矿井应根据H₂S在煤岩层中的赋存、分布情况和涌出形态,依据目前技术水平,结合H₂S防治成本进行有效治理。     

断层带煤体瓦斯地质特征与瓦斯突出的关联

针对煤与瓦斯突出煤层开采期间的突出与断层之间的关联问题,采用瓦斯地质方法,通过矿井开采实例研究了井田内断层封闭与开放的瓦斯地质特征,并根据断层附近瓦斯涌出规律判断断层与突出的关系.研究结果表明:断层的开放性与封闭性对煤与瓦斯突出具有控制作用.封闭性断层带附近瓦斯涌出异常增大,构造应力集中、常常封闭有高能瓦斯以及发育的构造煤,为煤与瓦斯突出创造条件;开放性断层带附近具有煤层瓦斯压力相对较低,煤层瓦斯含量较正常下降的特征,而在远离断层面的一侧,伴随有平行断层的条带状煤层应力集中区,其中具有煤层瓦斯压力大、煤层瓦斯含量高的特征.该成果对煤矿在煤层断层带开采瓦斯防治具有一定的理论价值和实用意义.     

基于PLS-BP神经网络组合模型的回采工作面瓦斯涌出量预测

提出PLS-BP神经网络组合模型,预测回采工作面瓦斯涌出量.利用分源预测法划分回采工作面瓦斯涌出来源,根据瓦斯涌出来源受不同因素的影响,运用偏最小二乘法(PLS),通过交叉有效性分析,确定提取主成分个数,将主成分作为神经网络输入层建立关联模型.研究证明,本方法不仅避免了各种不相关因素之间的干扰,解决各因素之间多重相关问题,降低变量维数,而且可以结合BP神经网络的非线性映射能力和适应学习能力等优点,提高预测稳定性和精度.     

温度冲击下煤样渗透率的围压敏感性试验研究

通过试验研究了温度冲击前后煤样在围压加、卸载条件下的渗透率变化。对试验结果进行非线性拟合,得出煤样的渗透率与围压之间存在负指数关系。温度冲击影响着煤样渗透率对围压的敏感性。煤样经过冷冲击和热冷冲击处理后,煤样的最大渗透率损害率增幅分别为2.88%和10.64%,渗透率损害率增幅分别为18.35%和21.60%;即热冷冲击对煤样应力敏感性影响更大,热冷冲击对煤样渗透率的伤害大于冷冲击对煤样渗透率的伤害。在卸载过程中,渗透率的恢复存在明显的应力滞后效应,产生了塑性变形,由加载过程造成的渗透率伤害不能完全消除。冷冲击和热冷冲击都一定程度上加强了煤样渗透率的滞后效应,热冷冲击的滞后效果大于冷冲击。     

多种热分析法解算硫化矿石氧化分解动力学参数的对比

为了表征不同热分析法在解算硫化矿石氧化分解反应动力学参数中所呈现出的差异,采用STA449C型热分析仪对采自典型高硫矿山的硫化矿样进行热分析实验;分别运用Coats-Redfem,Doyle,Flynn-Wall-Ozawa(FWO)等积分法和Kissinger,Fridman,Achar等微分法求解出该矿样的氧化分解反应动力学参数。研究结果表明:硫化矿石的氧化分解进程符合一级反应动力学机制;硫化矿石在高温反应阶段的动力学参数值明显高于低温阶段的动力学参数值。对6种热分析方法的求解值进行比较发现,尽管不同热分析法的求解结果都能反映硫化矿石的氧化分解过程,但具体方法不同,结果相差较大。因此,通过热分析手段选择合适的升温速率,以Coats-Redfern法或Doyle法求解并采用FWO法分析校检,可以得到较好反映硫化矿石氧化分解过程的动力学参数。     

泡沫降尘在漳村矿掘进工作面应用的研究

为减少应用泡沫降尘时所产生的过多泡沫对掘进工作面环境及生产的影响,分析了泡沫降尘的机理及工艺流程,通过实验确定发泡剂及消泡剂的最佳浓度。基于此,设计一种环状喷头布置方式,在不影响降尘效率的基础上消除多余泡沫,改善工人视线及环境。     

煤体瓦斯放散磁场响应特征

针对含煤体瓦斯放散磁效应特性,建立瓦斯放散磁效应实验系统,测试磁化与未磁化煤样瓦斯放散过程,研究恒定磁场对煤样放散瓦斯的影响。实验结果表明:放散初速度较小(f值越大),磁化后煤样瓦斯放散有明显减小趋势;放散初速度越大(f值越小),磁化后煤样瓦斯放散略有增大的趋势;且两者的变化程度都受磁化时间的影响,在撤掉磁场时Δp并未回落至初始值,并保持一定的时间记忆效应。其机理是f值大的煤样,磁化后b值减小,随着压力的升高,磁化后煤样的表面能降低值都小于未磁化的煤样,说明在加磁后煤体吸附容纳瓦斯的空间减少使得吸附量减少,产生的瞬时瓦斯压力梯度降低,从而使得瓦斯的放散初速度降低,而对于坚固性系数f值小的煤样有相反的实验结果。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

煤体复电阻率实验室测试方法研究

实验室煤体复电阻率测试旨在提供可靠的复电阻率数据,为进一步现场应用基础研究。影响煤体复电阻率测量精度的因素众多,其中电极板为最重要的因素之一,极板的厚度和大小都会对煤体复电阻率测量产生影响,因此电极板的变化对测量参数的准确性有重要意义。通过选用导电性较好的紫铜材料作为极板,对3种不同厚度的极板材料进行了复电阻率测量,分析极板厚度对激发极化效应的影响,测试了直径为1,2,3,4,5 cm 5种大小极板对煤体复电阻测量的影响,并使用Cole-Cole模型进行数据拟合。得出结论如下：1)极板本身的极化效应和极板与煤样端面贴合程度是影响煤样复电阻测量误差的主要因素,3种不同厚度的极板材料中导电铜纸误差最小;2)对同一个煤样而言极板面积变化仅对复电阻率幅值有较大影响,对煤样激发极化的影响可以忽略。     

煤变质程度对瓦斯放散初速度的影响

为了分析不同变质程度煤种煤样的瓦斯放散初速度数值与煤样坚固性系数、孔隙率等的相互关系,采用现场取样,实验室测试的方法,得到63个煤样的挥发分、瓦斯放散初速度、孔隙率等相关关系.结果表明:挥发分与孔隙率之间、瓦斯放散初速度与孔隙率之间均服从二阶多项式的关系.对于同一变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着坚固性的减小而增大.对于不同变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着变质程度的降低而降低.对于挥发分高于20%的烟煤和褐煤,瓦斯放散初速度低于1 333.22Pa,此时,不应该将1 333.22Pa作为判定煤层突出危险性的瓦斯放散初速度指标临界值.对于准确预测不同变质程度煤层的突出危险性具有一定的指导意义.