微波实时加载对煤中甲烷解吸特性影响的实验研究

发布时间：2020-10-10 04:11

　　渗透率低、解吸速度慢是目前制约我国瓦斯抽采的主要因素。为此许多学者相继提出了一系列强化煤层瓦斯抽采的方法,如水力压裂、深孔爆破、高压脉冲水射流以及注气驱替等。近年来,电场、声场等能引起瓦斯吸附解吸特性发生变化的外加场开始受到专家学者的关注并进行了相关研究,以期找到用于瓦斯灾害预测与防治的新方法。微波作为一种高频电磁波,作用于煤体能够产生热效应及电磁场效应,极有可能促进瓦斯解吸、增大煤体渗透性、改变煤体吸附解吸特性。为探讨微波辐射对煤体吸附解吸特性的影响,本文采用实验测试与理论分析相结合的方法,对微波实时加载作用下煤体解吸特性影响及其作用机理进行了研究,主要包括:(1)自行设计搭建了微波实时作用下煤中甲烷解吸实验装置,通过该装置可以在煤的解吸过程中实时加载微波作用。根据微波功率的不同,实验方案采用微波间断加载和微波连续加载两种方式。高功率微波(2450MHz,900W)采用间断加载方式,低功率微波(2450MHz,低于100W)可采用连续加载方式。(2)开展了微波间断加载下的煤的甲烷解吸实验。限定微波功率相同,测得了其在不同加载时间的甲烷累积解吸量及解吸速率。结果表明,微波间断加载对煤中甲烷解吸具有明显的促进作用,且微波作用时间越长,相同解吸时间内煤体的甲烷解吸量越大。相较于无微波作用条件,微波间断加载作用下煤样的甲烷累积解吸量增加了1.91~4.13倍;同时,微波间断加载能显著促进煤中甲烷解吸速率。(3)开展了不同功率微波连续加载作用下煤中甲烷解吸实验,结果表明,微波连续加载能够持续促进煤中甲烷解吸;微波功率30W、60W、90W连续加载条件下,实验时间内测得甲烷累计解吸量分别是无微波作用条件下的1.87倍、2.49倍、3.26倍;同时微波功率越大煤中甲烷解吸速率越快,相同时间内累计解吸量越多。(4)采用经典扩散模型对微波间断加载与连续加载作用下煤中甲烷解吸动力学规律进行了分析,结果表明,微波实时加载能够显著提高煤体的扩散系数,相较于无微波作用条件,微波实时加载作用下扩散系数增加了2.49~26.03倍;微波作用能量越大,扩散能力越强。对比分析表明,大功率微波间断加载更有利于提高煤体的扩散系数,促进煤中甲烷的解吸,能量消耗更经济。(5)微波实时加载对煤中甲烷解吸特性影响的作用机理表现为微波热效应及微波对煤体损伤效应的综合作用。通过低温液氮吸附测定结果可知,微波作用于煤体会改变其孔隙结构特征,使比表面积减小,煤体的吸附特性降低;平均孔径增大,更有利于甲烷的解吸扩散;且微波作用时间越长,效果越明显。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712
【部分图文】：

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【参考文献】