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%。     

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。     

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.     

不同变质程度煤体瓦斯解吸迟滞特征实验研究

煤体瓦斯解吸过程与吸附过程相比不具有完全可逆性,解吸相对吸附存在迟滞特征,需要对瓦斯解吸迟滞特征及其相关影响因素进行系统研究。在合理选择拟合模型的基础上,利用煤体瓦斯吸附与解吸动力学实验装置分别开展了煤样在不同变质程度、不同含水率、不同温度和不同粒径下的瓦斯吸附和解吸实验,得到了瓦斯吸附和解吸曲线,计算了不同条件下煤体瓦斯的解吸迟滞系数。结果表明:随着变质程度增加,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积先减小后增大,解吸迟滞程度呈现"U"型变化;随着煤样水分含量增大,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着实验温度升高,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱;随着煤样粒径减小,瓦斯解吸迟滞系数和迟滞面积减小,瓦斯解吸迟滞程度减弱。解吸迟滞特征会对瓦斯含量直接法测定和吸附常数测定产生负面影响。     

大气介质定压条件下煤的瓦斯解吸规律模拟实验研究

文章通过利用大气介质中煤的瓦斯解吸过程模拟试验装置采集不同变质程度煤样,在不同粒度、瓦斯压力条件下,模拟煤样在大气介质中煤的瓦斯解吸过程,找出影响大气介质中煤的瓦斯解吸过程的主控因素,得到表述模拟大气介质等压条件下瓦斯解吸过程较为理想的经验式。这不仅有利于提高煤层瓦斯含量测定方法的稳定性与准确性,更有利于提高我国煤矿瓦斯防治技术水平和煤矿资源评价水平。     

区域深部煤体瓦斯含量直接测定技术

针对传统瓦斯含量测定技术难以直接测定高瓦斯矿井井下大面积区域的深部煤体瓦斯含量的问题,通过在成庄矿井下进行反复试验,采用千米钻机定向钻孔工艺结合井下瓦斯含量直接测定装置的方法,研究形成了一种远距离、定向、定点的煤样采集新工艺,探索出区域深部煤体瓦斯含量的井下直接测定新技术,也为大面积区域煤层的危险性预测和检验提供了一种新的途径,并且误差分析显示新方法测定结果的准确率较高,具有一定的推广价值.     

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%.     

一种新型煤层瓦斯含量测量系统

针对现有煤层瓦斯含量测量方法中数据记录不及时、误差较大等缺点,提出一种新的瓦斯含量测量系统,利用最小二乘法拟合测量数据,得出样品的瓦斯解吸量与时间的函数关系,从而预测出瓦斯漏失量.根据现场测试需求,对瓦斯含量测量系统进行设计,采用微小流量气体传感器FS5001-200实现瓦斯解吸量精确测量,上位机采用VC实现数据拟合算法处理,最后得到煤样瓦斯含量.研究结果表明:该测量系统反应快速、实时性高、可操作性强、数据拟合精度高,可准确测量瓦斯含量.     

构造煤孔隙结构对瓦斯解吸及钻屑瓦斯解吸指标影响

为研究构造煤孔隙结构对瓦斯解吸特性及钻屑解吸指标的影响,在平煤十矿己_(15)煤层选取2组构造煤样开展工业分析、孔隙结构测试及瓦斯解吸特性的研究。结果表明:构造煤样普遍呈现出松软特性,且煤样间具有相似的瓦斯吸附能力。PMR1和PMR2煤样的微孔孔容分别为0.041和0.042 cm~3/g,介孔孔容分别为0.001 13和0.002 02 cm~3/g,大孔孔容分别为0.004 98和0.008 31 cm~3/g。PMR2煤样的初始瓦斯解吸能力高于PMR1,瓦斯解吸初期的规律具有明显的分段性质,依次为快速解吸阶段、缓慢解吸阶段和平稳解吸阶段。煤样第1 min的解吸量占解吸总量的比重为13.4%～30.9%,前10 min的累计解吸量占解吸总量的比重为40.8%～61.0%,PMR2煤样快速的瓦斯解吸能力得益于其更发育的介孔和大孔孔隙结构。煤样钻屑瓦斯解吸指标K_1和Δh_2值的可靠性分析结果表明,PMR2煤样K_1值的可靠性低于Δh_2值,原因在于PMR2煤样具有更为发育的介孔和大孔孔隙结构以及快速的初始瓦斯解吸能力,进而增加了实验误差;综合研究表明,平煤十矿己_(15)煤层煤样Δh_2的可靠性要高于K_1。     

煤层甲烷含气量测定的影响因素

从煤样甲烷的解吸温度、煤样逸散气量的计算方法、解吸死体积及煤样状态等方面，分析了煤层甲烷含气量测定的影响因素，提出了准确求取含气量的方法。     

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.     

钻屑解吸指标与瓦斯压力关系的应用

针对井下钻孔直接测定煤层瓦斯压力时由于封孔困难和受采掘卸压影响,有时很难测到煤层原始瓦斯压力,而且周期长的问题,通过在贺西煤矿井下快速测定的钻屑解吸指标,间接地反演求出了该矿煤层瓦斯压力;测定结果表明:煤壁瓦斯卸压带宽度约15~20m,当测压封孔深度和钻屑解吸指标测试深度小于此值时,实测和反演计算的压力为残存压力;大于此深度时,近似为原始压力;实测和反演计算压力结果一致。该结论可对贺西煤矿瓦斯治理具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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.     

矿井下测定煤层瓦斯含量的方法分析

煤层瓦斯含量直接测定新技术解决了取芯和损失量推算的技术难题,形成了井下煤层瓦斯含量直接快速测定方法与装置,实现了煤层瓦斯含量的直接、准确快速测定,是煤层瓦斯含量测定的发展趋势。     

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.     

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.     

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。