混合煤体吸附特性及其膨胀变形实验研究

发布时间：2020-09-11 17:30

　　随着煤矿开采机械化程度不断提高、开采深度不断增大,煤层瓦斯含量、瓦斯压力不断提升,原生质煤与构造煤共同存在时,工作面回采过程中易发生煤与瓦斯突出,同时伴随有大量瓦斯涌出,严重制约着矿井的安全高效回采。因此,针对混合煤样吸附特性及其吸附前后膨胀效应开展深入研究,为煤与瓦斯突出机理的研究提供一种新思路。通过系统总结近年来煤体吸附特性及煤体吸附瓦斯膨胀效应的研究成果,以山西天池能源有限公司为原型,采集其主采15#煤层原生质煤及构造煤,制作混合煤样,利用ASAP2020低压氮吸附比表面积测定仪、WY-98A瓦斯吸附常数测定仪及WT-1全自动瓦斯放散初速度测定仪,对不同混合煤样等温吸附特性、放散特性及吸附瓦斯前后比表面积变化规律开展实验研究。研究结果得到,混合煤样比表面积及吸附量在混合煤样质量比为1:1时均达到最大;吸附常数a及放散初速度AP在混合煤样质量比为1:1时达到最大,而吸附常数b则为最小;混合煤样吸附前后中小孔比表面积占比之差,呈先减小后增大的变化趋势;吸附前后微孔比表面积变化与中小孔变化规律相反;构建出混合煤样吸附瓦斯前后比表面积变化与孔隙膨胀应力应变之间的数学模型,得出混合煤样吸附前后孔隙结构变化与瓦斯涌出之间的关系,紧密结合本文研究内容并分析了瓦斯涌出量的影响因素,并确定了401合理测预抽方式。研究结果对煤与瓦斯突出机理及瓦斯精准抽采理论及技术体系具有一定的价值。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD712
【部分图文】：

煤矿安全,煤矿瓦斯,瓦斯气体,事故

部开采阶段，高强度的开采使得煤层瓦斯涌出量迅速增长。特别是在高地应力和高地温逡逑等特殊条件下，煤层瓦斯气体超限，煤与瓦斯突出现象越来越频繁［５￣§］，制约着煤矿的安逡逑全高效生产。根据国家煤监局在近十年的各类煤矿安全事故占比数据来看（见图１．１），逡逑无疑瓦斯事故占煤矿安全事故的比例是最大的，由此可见，瓦斯灾害给煤矿安全生产带逡逑来了严重的威胁。据统计，从１９４９－２０１８年，我国煤矿发生一次死亡百人事故２４起，其逡逑中瓦斯事故１９起，占总数的７９．２％。随着监管监察机构改革扎实有序推进，煤矿企业安逡逑全意识及技术理论逐步提升，连续２５个月没有发生特别重大事故；２０１８年煤矿百万吨逡逑死亡率为０．０９３，同比下降１２．３％，首次降至０．１以下。整体来看，针对矿井瓦斯灾害事逡逑故的治理初见成效，但因煤与瓦斯突出致死的事故依旧非常多［Ｍ１］。逡逑＾■瓦斯逡逑——逦W孴逡逑—逡逑１４．０３％逡逑图１．１邋２００６－２０１８年各煤矿安全事故占比逡逑另外，我国每年煤矿瓦斯排放量约占世界的１／３，其中进入大气的瓦斯气体严重破逡逑坏了臭氧层及大气环境

技术路线图,煤层瓦斯,天池,混合煤

能够更好的探索煤层瓦斯涌出规律，充分保障煤矿安全高效生产。逡逑１．３．２技术路线逡逑本论文主要采用理论分析、实验室测试实验等综合方法，技术路线如图１．２所示。逡逑＿混合煤样宏观、微观结构变形受吸附瓦斯影响变化的规律ｈ逡逑构邋￣逦氮吸附实验一］混合煤样孔隙特征与逦ｊ逡逑造逦兔逦—一其孔隙特征分形维数—＆逡逑２逦５邋ｑ邋分形理论＾逦｜逡逑原逦一邋Ｊ逦邋邋吸逡逑＾逦｜逦ｉ逦Ｌ焌—灥瓦sEＬ逦Ｉ逡逑文＆逦—逦放散特性头心逦孔隙比表面积的影响—性逡逑献＿混—￣逦Ｉ逦—逦＿及逡逑５邋合逦；逦天池煤矿煤层瓦斯涌逦Ｊ逡逑阅煤逦ｇ逦—逦出量预测逦Ｓ逡逑逦邋样逦场逦逦１逦胀逡逑的逦实逦逦一逦＾厂一Ｉ逦—逡逑吸逦测逦天池煤矿煤层瓦斯涌逦天池煤矿煤层瓦斯逦形逡逑附逦及逦出量影响因素分析逦抽采效果分析邋＿邋实逡逑特逦工逦邋邋邋邋验逡逑性逦程逦逦！逦研逡逑＾逦应逦天池煤矿煤层瓦斯预逦究逡逑究逦＿逦抽钻孔设计逡逑— ］逦混合煤样膨胀变形对瓦斯涌出量的影响机理逡逑图１．２技术路线图逡逑５逡逑

可采煤层,一览表,井田,煤层

西安大工程硕位论文２矿井基本概况及实验设计逡逑本概况逡逑概况逡逑开采范围内，其含煤地层主要有两组，分别为山西组和太原组，共有３１层，每层平均１７．８６ｍ，煤层含煤率８．２９％。其中山西组在其煤层，厚度达到６６．２９ｍ，含煤率达到７．１５％。太原组共有１８层煤层，３ｍ，煤层含煤率达到８．６３％。矿井煤田内含有可开采煤层两层，为３层平均厚度分别达到０．９４和４．５６ｍ，占所有煤层的３１．１９％，可采煤其中，１５号煤层煤厚较大，而且煤层较为稳定，是开采条件最佳的所示）。逡逑

【参考文献】