振动诱发煤与瓦斯突出的机理

振动是诱发煤与瓦斯突出的重要因素,为此实验研究了振动对瓦斯吸附的作用并从理论上分析了振动对煤体结构的影响,探讨了振动诱发煤与瓦斯突出的机理.结果表明:在振动作用下,煤对瓦斯的吸附量有一定程度的减少,吸附能力降低;振动延长了煤样达到吸附平衡的时间,使吸附平衡压力与未加振动时有所升高,煤样中游离瓦斯增多;振动使煤体内的裂隙增加并扩展,当振动强度达到一定值时煤体内形成较大范围的连通裂隙网;在振动对煤体和瓦斯产生的综合作用下,煤与瓦斯突出的危险性大大增加.     

低温环境下煤表面吸附的均匀性试验

 等量吸附热是表征固体表面吸附非均匀性的重要参数.采用高低温吸附仿真实验装置,对九里山无烟煤、新元贫煤、潘北气肥煤进行瓦斯吸附测试,通过计算等量吸附热与吸附量的关系,探讨从常温(30、20℃)降至低温(-10、-20、-30℃)对煤表面不均匀性的影响.结果表明,不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;在常温时(30、20℃)煤的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明煤表面能量是不均匀的.降温至-10、-20、-30℃时煤的等量吸附热几乎和吸附量无关,表明煤表面是均匀的.煤吸附瓦斯理论Langmuir 方程在低温环境(0℃以下)更加适用.     

非等温情况下煤层瓦斯流动规律的研究

论文较详细地论述了煤层瓦斯吸附解吸机理和在不同孔隙裂隙下,煤层瓦斯储运形态。通过实验得出了温度变化情况下煤层瓦斯吸附解吸规律。根据渗流力学、岩石力学、传热学等,建立起煤层温度场、瓦斯渗流场及煤岩变形场三场耦合的数学模型,并给出其数值解法。从而建立起较为完善的煤和瓦斯固流耦合理论,使瓦斯流动理论的研究更接进实际。分析了煤矿开采过程中煤层温度变化原因,并根据所建立的数学模型及其数值解法,对考虑温度情况下,煤体应力状态进行数值模拟,并与等温情况下的计算结果进行了比较,为利用温度梯度变化预测煤和瓦斯突出…     

非等温条件下煤层瓦斯运移规律的研究

根据流固耦合作用的基本理论，依据不同温度下，瓦斯的吸附解吸规律，提出了非等温条件下瓦斯运移的数学模型，给出了用有限元求其数值解的方法及程序。在此基础上，对受温度场影响下煤岩体应力情况进行了数值计算分析，为进行煤层气开采和预防、预测煤和瓦斯突出，合理进行瓦斯抽放等提供了理论基础和科学依据。     

基于温度作用下含瓦斯煤渗透率动态演化模型的修正及试验研究

对含瓦斯煤渗透率影响因素进行分析,得到了基于温度、瓦斯压力、瓦斯吸附膨胀的有效应力计算公式.从渗透率影响因素之间的相互作用出发,通过克拉伯龙方程给出了温度增量引起瓦斯压力变化,瓦斯压力导致煤基质压缩及吸附膨胀应力改变,由此改进了有效应力计算公式.以Kozeny-Carman方程为桥梁,修正了煤体峰值前,压缩条件下考虑温度、瓦斯压力及吸附膨胀相互作用影响的渗透率动态演化模型.利用自制实验系统对温度作用下含瓦斯煤渗透性进行测试,得到含瓦斯煤渗透率与温度变化符合负指数函数分布,对比修正后的模型计算数据发现其与试验数据有很好的一致性.研究成果为温度作用下含瓦斯煤渗流的多场耦合问题提供一定的理论基础.     

软煤层瓦斯恒温吸附特性实验研究

煤层瓦斯吸附特性的研究是掌握煤层瓦斯涌出规律的前提,也是防治煤矿瓦斯事故灾害的基础。为了能够准确掌握软煤层对瓦斯的吸附特性,文中采用HCA型高压容量吸附法,对软煤体瓦斯恒温吸附过程进行实验研究,并与硬煤体进行对比,从而得出软煤层瓦斯吸附特性规律。结果表明:软煤的吸附常数a和b均稍大于硬煤,软煤对温度的变化较硬煤更为敏感,软、硬煤的吸附常数a,b值均与温度T成二次函数关系,且软、硬煤的等量吸附热均随吸附量的增大而增大,软煤的增加幅度要远大于硬煤的增加幅度。该研究结果为研究软煤层瓦斯赋存规律、优化煤矿瓦斯治理技术、保障煤矿安全生产提供理论依据。     

瓦斯吸附和解吸过程中温度变化实验研究

介绍了采用实验方法测定煤体在吸附瓦斯和瓦斯解吸到达平衡状态的时间及过程中温度变化，得出了煤体吸附瓦斯过程是放热过程，瓦斯解吸过程是吸热过程：在吸附和解吸过程中，温度变化幅度随压力变化幅度的增加而增加：吸附能力越强的瓦斯气体，在被吸附时放出的热量越多，解吸时吸收的热量也越多等结论，对煤与瓦斯突出过程的热力学研究提供了基本依据。     

煤吸附瓦斯的本质

利用煤大分子结构研究的最新成果,根据分子热力学和表面物理化学的理论,对矿井瓦斯气体在烘表面的吸附本质进行了分析,并对主要瓦斯气体与煤表面的相互作用力进行了估算,结果与实测的吸附热数据基本一致。     

地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响

研究含瓦斯煤层所处的地球物理场对煤瓦斯吸附特性的影响,对煤矿安全开采、煤瓦斯的抽放利用以及煤瓦斯突出的预测预报具有重要意义。笔者总结了地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响,认为地电磁场对煤瓦斯吸附作用机理还有待进一步的研究。并重点探讨了在交变电场作用下煤的吸附特性。利用容量法对3种不同煤样在交变电场作用下的吸附特性进行了实验研究。结果表明：交变电场的作用,并没有改变煤表面的化学性质和物质成分,煤地吸附和解吸仍很好地遵从Langmuir方程和二常数经验公式,并且由于交变电场作用使煤的表面势能增大和焦耳热效应使煤体温度增高,从而减弱了煤的吸附能力,减缓了解吸过程。     

温度变化对煤体瓦斯吸附量影响规律的实验研究

通过对含瓦斯煤层瓦斯气体温度场分布规律研究,提出了煤层中总的瓦斯含量方程中α值的假设与猜想。经过实验,分别研究了定压条件与升压条件下温度改变对煤与瓦斯吸附的影响规律,得到煤体在不同温度下瓦斯的吸附以及渗流规律。实验应用WY98-A型瓦斯吸附解吸仪器,通过研究煤与瓦斯吸附在温度改变的环境下的规律,以及所选煤样在吸附饱和后随温度变化的函数关系,并对瓦斯吸附的饱和吸附量进行了数学拟合,得到其函数关系式。为煤层瓦斯储量计算,及不同阶段瓦斯抽采量计算提供了科学依据。     

山西永聚煤矿煤层特征对瓦斯的控制作用

矿井瓦斯是影响煤矿安全生产的主要灾害之一,研究其分布特征及控制因素是解决矿井瓦斯灾害问题的关键。本文测试了山西永聚煤矿的10号微风化煤的瓦斯含量、煤岩成分、埋深、煤孔隙特征和等温吸附参数。通过SPSS软件分析了煤层瓦斯含量与煤层组分、埋藏深度等进行了Person线性相关性分析,从而确定煤层瓦斯含量的主要控制因素和瓦斯分布规律。结果表明,10号微风化煤的孔隙主要为微孔和过渡孔,孔径介于10~800 nm,具有原生孔隙特征,表明其未收到风化作用的影响。其对瓦斯吸附具有随着压力增大而吸附量显著增加的特征,但压力大于6 MPa时,瓦斯的吸附不在随着压力增加。瓦斯含量与煤层的埋藏深度且具有良好的正相关线性关系,从而根据二者线性关系和煤层埋深,预测了瓦斯分布规律。     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题,研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果,当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量增加,当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量减少;外加静电场促使煤中瓦斯的渗流;交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少;交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

混合煤样中软分层对煤与瓦斯突出的影响

在单一煤体吸附瓦斯的基础上,选用某煤矿硬煤和软煤,按照不同的厚度比进行分层混合,模拟煤层中软分层。运用Langmuir单分子层吸附理论,对混合煤样中软分层的吸附性质及其存在对煤与瓦斯突出的影响进行了研究。实验中利用自行研制的高压瓦斯吸附仪,对不同厚度比的混合煤样吸附瓦斯气体的等温吸附曲线、吸附常数a,b进行实验分析,并得出吸附量随压力的变化形态和吸附常数a,b随硬煤和软煤厚度比的变化形态。分析结果发现在软分层与其上覆硬煤层厚度近似相等时,发生突出的危险性最大,并通过理论分析说明了软分层的存在,煤层易发生煤与瓦斯突出的原因。为煤与瓦斯突出机理的研究提供了理论基础,开辟了新思路。     

基于多元回归分析的煤的吸附瓦斯含量影响因素研究

结合朗缪尔方程,采用多元线性回归分析法,分析了影响贵州某煤矿煤的吸附瓦斯含量的主要因素。结果表明:在煤的吸附系数、煤层瓦斯压力、煤的灰分、水分、孔隙率、密度等因素中煤层瓦斯压力和煤的吸附瓦斯含量关系最密切,呈正相关关系。     

非等温情况下煤和瓦斯固流耦合作用的研究

考虑煤和瓦斯作用时瓦斯吸附和解吸过程中的温度效应问题,利用变形场,渗流场,温度场耦合原理,建立了非等温情况下煤和瓦斯耦合作用的数学模型,给出了数学模型的数值解法并编制了计算软件,研究结果为瓦斯抽放和防治煤与瓦斯突出等实际问题了理论指导。     

不同变质程度煤的瓦斯放散特性实验研究

为了研究煤的变质程度对瓦斯放散特性的影响,采用现场取样、实验室测试的方法,对9种不同煤样的瓦斯放散初速度和孔径分布进行了测试,测试结果表明:煤的变质程度越高,瓦斯放散初速度越大,瓦斯放散初速度随着变质程度的降低呈现出负指数减小的趋势;煤的微孔比表面积越大,瓦斯放散初速度越大,瓦斯放散初速度随着微孔比表面积的增加呈现出线性增加的趋势,根本原因是微孔比表面积的增加为瓦斯吸附提供了更多的吸附位,增大了瓦斯吸附量。     

温度对煤的瓦斯吸附性能影响的试验研究

通过实验研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下,煤的瓦斯吸附性能的变化规律,得出了当温度、瓦斯压力变化时,煤的瓦斯吸附曲线以及吸附常数随温度变化的数学关系式,为研究瓦斯在煤层中的赋存和流动规律提供了物理基础。     

粒径大小对煤吸附甲烷的影响

为了研究煤的粒径大小对吸附性能的影响,采集几种高瓦斯矿井的煤样,分别制成了粒径大小范围为0.15～0.20 mm、0.12～0.15mm、0.109～0.12mm、0.096～0.109mm、0.045～0.096 mm的5种试样;在等温度条件下,采用WY-98B吸附常数测定仪对试样进行了吸附甲烷的实验,总结出了不同粒径煤吸附甲烷的规律.在Langmuir吸附理论和分子运动理论的基础上,推导出煤的吸附能、吸附位、比表面积及吸附量之间的关系式;根据这些关系式以及分子结构特征等理论,对规律进行理论验证.验证后的吸附规律可以用来研究煤层中瓦斯运移和聚集规律以及煤与瓦斯突出的机理.图3,表1,参8.     

含瓦斯煤的有效应力与力学变形破坏特性

本文在含瓦斯煤的力学变形与破坏机制理论分析和实验基础上,提出含瓦斯煤的变形与破坏受双重有效应力作用,本体应力决定煤的本体变形性质,而结构有效应力则决定煤的结构变形性质,修正了Karl Terzaghi多孔介质有效应力计算公式,揭示了等效有效孔隙压力系数在含瓦斯煤全程应力应变过程中的变化规律;分析了煤吸附瓦斯后含瓦斯煤强度降低的机理,根据含瓦斯煤变形特征,提出了控制煤与瓦斯突出的途径和方法。     

不同应力路径下含瓦斯煤的声发射特性与能量演化规律

为了研究含瓦斯煤在不同扰动作用下的声发射特性和能量演化规律,利用多场煤与瓦斯突出过程宏细观试验系统,开展6种应力路径下的含瓦斯煤轴向加卸载试验,分析应力路径对含瓦斯煤声发射特性和变形特性的影响,并得到含瓦斯煤在循环加卸载过程中的能量演化特征及储能规律。研究结果表明：含瓦斯煤在吸附过程中的振铃计数随吸附时间增长而减少,根据出气口压力变化趋势将吸附过程分为3个阶段,分别为外扩散阶段、内扩散阶段和吸附饱和阶段;含瓦斯煤在加卸载过程中的振铃计数主要分布在应力上升区段,出现了明显的Kaiser效应,累计振铃计数在循环加卸载路径下呈“阶梯”形增长,且随着循环次数增加和应力路径延长而增大;含瓦斯煤在不同循环加卸载路径下的能量演化规律具有一致性,各能量密度均随着轴向应力增加而呈现二次函数型增长,并经历了减速增长、线性增长和加速增长的3个阶段;同时,弹性能密度和总输入能密度之间存在线性关系,储能系数为定值且均在50%以上。