静电场对煤瓦斯解吸影响的实验研究

作     者：薛群山 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：雷东记;张玉贵

授予年度：2018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：静电场 特征电压 解吸量 解吸速度 比表面自由能 

摘      要：受“石油开采领域利用外加电场来提高油相的相对渗透率,提高原油采收率,这一思路的启发;同时由电化性质所决定,此技术具有非力学、适用性强、清洁无污染、成本低的特点。对静电场促进煤体瓦斯放散、解吸特性进行实验研究,为探寻一种强化瓦斯抽采的新辅助技术提供理论支持,对瓦斯抽采辅助增透技术的多样化、瓦斯高效抽采和煤层气开发具有重要意义。本文通过实验研究、理论分析相结合的方法,研究静电场对不同变质程度煤样瓦斯放散、解吸特性的影响规律。采用实验对比法分析煤样在不同静电场处理后的放散特征和解吸特征,得出静电场下不同变质程度煤的瓦斯放散、解吸变化规律。研究结果表明:(1)部分煤在4kv作用下放散初速度增大。静电场对古汉山高变质无烟煤作用放散初速度变化不明显,但是加电4kv相比于未加电P(△p)、P(△p)有所增加,平顶山八矿中变质肥煤、鹤壁六矿煤样加电电压表现一致,在4kv上呈上升趋势,12kv4kv呈下降趋势,义马耿村矿低变质煤样放散初速度随着电压的升高有所增大,在12kv左右达到最大,可知瓦斯放散初速度与电压关系呈抛物线关系,存在最大值。(2)不同变质煤样在静电场作用下存在特征电压、特征时间。研究发现加电电压和加电时间对解吸量的影响呈抛物线形式,存在一个最大值,四种煤样特征电压在4kv2kv,特征时间为4h2h;加电电压是主导地位;加电时间和电压密不可分,当加电时间和电压进行耦合产生能够改变内部的能力时,使煤体解吸发生变化(增加或者减小)。(3)静电场作用提高煤瓦斯初期解吸速度。在解吸速度(0min)的变化上,表现出3min之前解吸速度较快,3min解吸速度与未加电接近,趋于稳定,5min后或者更长时间后会趋向于重合,说明静电场促进煤瓦斯解吸速度加快。(4)静电场作用改变煤比表面能变化。随着静电场强度的增加,比表面自由能的变化量(降低量)增大,当电压达到一定程度时变化量减小,呈现先增大后减小趋势;扩散系数也呈现出先增大后减小,存在一个最大值,这个最大值所对应的就是特征电压和特征加电时间;前120s扩散系数减小幅度很大,120s后趋于平缓,说明静电场加快瓦斯初期扩散;煤-瓦斯系统处于静电场中时,随着电压增加和加电时间的变化,含氧基团发生改性,影响煤与瓦斯的吸附性,从而改变瓦斯解吸量;随着变质程度的增加,电压影响范围也增加,原因可能是高变质煤煤岩组分的影响,影响电压对煤的作用(电压的高低和加电时间的长短存在耦合关系)。