含瓦斯煤粒综合传质系数的实验研究

通过实验研究了不同煤阶煤样在不同压力条件下吸附不同气体的综合传质系数α的变化规律.结果表明:α随着压力的增加而增加且呈指数变化关系;在相同压力下,α随着煤阶的增加而减小;煤层中注入的CO2优先提高CH4的解吸速率,增加了CO2对CH4的置换量.该结果从理论上说明了注入CO2提高煤层气采收率的有效性和可行性.     

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     

煤粒瓦斯扩散的数学物理模型

分析了煤粒瓦斯解吸扩散的过程，建立了第三类边界条件的煤粒瓦斯扩散的数学物理模型并给出了模型的解析解。结论表明，第三类边界条件下的瓦斯扩散模型包含以往研究的第一类边界条件下的扩散模型，传质毕欧准数能表征煤粒瓦扩散场的特点；介绍了测试煤粒瓦斯扩散 数和表面传质系数的方法，给出了测试实例。     

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。     

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.      

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.     

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。     

渗透剂溶液对瓦斯解吸促进作用的实验研究

为提高瓦斯解吸效率,利用自主设计的瓦斯解吸测定装置,进行外液后置侵入过程中的瓦斯解吸实验,分析了纯水和0.025%渗透剂溶液侵入后含瓦斯煤的瓦斯解吸规律。结果表明:渗透剂溶液能够促进瓦斯解吸,而纯水作用不明显;外液侵入后瓦斯快速解吸集中在前10 min之内,而后逐步变缓并趋于终止。该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间的时间制约问题具有一定的参考价值。     

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。     

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%.     

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。     

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。     

不同质量分数渗透剂溶液侵入对瓦斯解吸影响的实验

针对含瓦斯煤体中瓦斯解吸问题,利用自主设计的外液侵入条件下瓦斯解吸测定装置,首次证实了外液对瓦斯解吸促进作用的存在,分析了竞位脱附和毛细静力驱动两方面原因,指出渗透剂溶液对瓦斯解吸的促进效果随着其质量分数的增加而越发明显,以及对瓦斯解吸促进作用只发生在一段时间内的规律,并结合工作面瓦斯抽采提出了提高瓦斯解吸效率的具体措施与实施途径.该研究对解决工作面瓦斯抽采与回采之间在时间上相互制约问题具有一定的参考应用价值.     

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%。     

不同注水压力条件影响含瓦斯煤解吸特性实验研究

为了研究不同注水压力条件影响含瓦斯煤的解吸特性,利用自主研制的高压注水煤层气恒温解吸试验台,对含瓦斯煤在自然解吸和不同注水压力条件下的解吸特性进行了实验研究,并结合孔隙结构特征对其影响机理进行了讨论分析。结果表明:(1)加压注水抑制了含瓦斯煤的解吸效应,瓦斯累计解吸量和解吸速度均降低;(2)注水改变了煤体的孔隙结构特征,总孔容、平均孔径、孔隙率都出现显著增大;(3)压力水扩孔产生的毛细管力降低作用小于孔隙尺度变小产生的毛细管力增加作用,从而抑制了瓦斯解吸。     

煤粒瓦斯扩散规律与突出预测指标的研究

依据第三类边界条件煤粒瓦斯扩散传质的理论，提出了一种预测煤和瓦斯突出的新指标，该指标包含了影响突出的多种因素，概括了已有的多种指标，具有广泛的适应性，并给出了计算实例。     

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.     

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.