含瓦斯煤外加水分渗吸效应研究

发布时间：2020-08-02 18:57

【摘要】：煤层注水不仅可以改善煤体的物理强度,而且水分与煤体内瓦斯还会发生微观相互作用,改变瓦斯的吸附解吸特性。在工程应用中,煤层注水受诸多因素影响,水分在煤体内分布无规律,注水区域易存在瓦斯治理空白带,加之湿润煤体的有效范围无法直观判定,容易隐藏突出隐患,2009年国内颁布的《防治煤与瓦斯突出规定》取消了煤层注水区域防突措施,煤层注水技术发展进入瓶颈时期。注水对煤体瓦斯是集高压增透、驱替、置换和水锁为一体的多因素综合作用,作用效果表现为促进瓦斯解吸和抑制瓦斯解吸,但单一因素作用如何进行,贡献度有多大,目前还无明确定论。为了推动煤层注水技术发展,必须逐一研究单因素作用机理以及贡献度,进而全面认清注水治理瓦斯综合作用。本文以此提出了含瓦斯煤渗吸效应单一因素的定量研究,自主研制了一套煤体高压吸附瓦斯状态下等压吸水的渗吸测试装置,排除高压注水的增透和驱替效应,单独研究水分进入煤体后的微观渗吸。通过考察对比永红煤矿3号煤层颗粒煤和型煤的自发吸水效果,发现型煤在吸水量、吸水率、吸水速度和含水率分布等方面均优于颗粒煤,更适合渗吸试验。通过30mm-80mm不同高度型煤的自发吸水实验,发现随着型煤高度增加,吸水量逐渐增大,但增加幅度减缓,饱和吸水量逐渐趋于相同,当型煤高度为80mm时,平均吸水率开始降低,不利于进行不同吸水率的渗吸试验,因此,试验时型煤高度不宜超过80mm。利用含瓦斯煤渗吸实验测试装置,在恒温30℃环境中,测试了型煤在瓦斯吸附平衡压力下等压吸水的渗吸过程。实验结果表明,相同吸附平衡压力下,随着等压吸水量增加,渗吸瓦斯量和渗吸率均逐渐增大,从增长梯度看,存在一个极限水分值,该值下的渗吸效应最大;相同含水率下,随着吸附平衡压力升高,渗吸瓦斯量逐渐增大,而渗吸率却不变。根据实验结果,并结合煤体裂隙-孔隙双重介质特性,认为毛细管力是含瓦斯煤渗吸动力,水分子强于甲烷分子的吸附能力为渗吸提供了物质交换基础。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712

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