任楼煤矿中组煤解吸动力学特性及突出预测指标研究

作     者：孟兆民 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程远平

授予年度：2014年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：外加水分 孔隙结构 解吸 扩散 突出预测指标 

摘      要：本文以任楼煤矿中组煤7#、8#煤层为研究对象，对井田煤层赋存及中组煤7#、8#煤层瓦斯赋存规律加以阐述;通过现场取样和实验室测定的方法，对中组煤各煤层的多元物性参数进行研究;结合实验室常规以及外加水分条件下解吸实验对煤样瓦斯解吸动力学特性进行研究;通过钻屑解吸指标实验以及自然含水条件下指标的修正确定中组煤层突出预测指标。具体研究结论概述如下： 1)结合矿井地质资料收集和实验数据分析得出任楼煤矿中组7#、8#煤“高瓦斯压力，低瓦斯含量的瓦斯赋存规律。确定7煤层区域预测指标为瓦斯含量6m3/t，辅助指标为瓦斯压力1MPa;确定8煤层区域预测指标为瓦斯含量6m3/t，辅助指标为瓦斯压力1.35MPa。 2)对实验煤样进行多元物性参数分析表明：中组煤7#、8#煤平均最大镜质组反射率R0,max在0.9247～1.01%之间，挥发分含量为35.91%7.61%，为中等变质程度气肥煤。孔隙结构测试发现中组煤7#煤、8#煤总比表面积主要由微孔和小孔贡献，能占总比表面积的99%以上，其中又以微孔最高能达50%以上，为瓦斯吸附提供了空间。 3)解吸实验结果表明，煤样的瓦斯解吸与平衡压力正相关，具有初始时刻瓦斯解吸量大、解吸速率衰减快等特点;对数公式Qt Aln （t B）能够较好的反映中组煤的瓦斯解吸特性。对煤样的瓦斯扩散系数研究结果表明瓦斯扩散系数与平衡压力呈明显线性相关，8#煤层煤样瓦斯扩散性能强于7#煤层，说明扩散系数随着小孔孔径的增加呈递增趋势，小孔发育越好，越有利于甲烷气体在煤层中的扩散。 4)外加水分条件下中组煤7、8煤煤样解吸实验结果表明随着外加水分的增加卸压后煤的瓦斯解吸量、钻屑瓦斯解吸指标逐渐减小。对外加水分条件下扩散系数的研究发现随着外加水分增加，扩散系数D总体上呈现出逐渐减小的趋势，当外加水分相近时，7#煤与8#煤的扩散系数整体呈现出随着压力的升高而增大的趋势。 5)任楼煤矿7煤和8煤两个煤层钻屑解吸指标实验结果表明钻屑解吸指标h2的敏感性要高于K1值，根据任楼煤矿中组煤自然含水的特点对7#、8#煤局部敏感指标h2水分进行校正，校正后的临界值统一为130Pa，提高了突出预测敏感指标的准确性。