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不含瓦斯型煤渗吸高度及影响因素研究

不含瓦斯型煤渗吸高度及影响因素研究

作者：岳基伟河南理工大学

学位级别：硕士

煤层注水能促进煤体瓦斯解吸,减小煤层瓦斯含量,提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出的次数;其存在着注水周期长,层理和节理方向湿润不均匀,布孔方式不合理,注水时间把握不准等问题,而这些问题容易造成瓦斯事故。煤层注水的过程实际上是外... 详细信息

煤层注水能促进煤体瓦斯解吸,减小煤层瓦斯含量,提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出的次数;其存在着注水周期长,层理和节理方向湿润不均匀,布孔方式不合理,注水时间把握不准等问题,而这些问题容易造成瓦斯事故。煤层注水的过程实际上是外加水分在煤体中的渗吸过程,因此,研究外加水分在煤中的渗吸高度及其影响因素,可为实验室研究含瓦斯重塑煤体的渗吸特性奠定理论基础,进而为现场煤层注水参数的确定提供科学理论的指导。本文以不同颗粒配比、不同压制负荷的型煤的底水渗吸实验为基础,研究了不含瓦斯型煤渗吸高度及影响因素,通过理论分析、实验测试和拟合计算、分析,取得了如下认识:(1)同一颗粒配比,压制负荷越大,型煤孔隙率越小;同一压制负荷,不同颗粒配比,4#型煤孔隙率最小,1#型煤孔隙率稍大于4#型煤孔隙率,2#与3#型煤孔隙率有交叉现象。(2)采用化学物质羧甲基纤维素、碳酸钙、二氧化钛、硫酸钴、硫氰酸钴、水,按照1:2:5:6:13:32配比,配制出了遇水实时显色的水敏指示剂,由切片求中值法测试含水率求得的渗吸高度与显色指示剂得到的渗吸高度基本一致,相对误差不超过7%。(3)不含瓦斯型煤径向含水率差别不大,轴向含水率随着轴向高度的增加逐渐减小,轴向含水率与高度满足Boltzmann函数关系。(4)不含瓦斯型煤吸水质量与压制负荷、渗吸时间正相关。(5)同一压制负荷,不同颗粒配的型煤有不同的孔隙率,孔隙率小的渗吸高度大。(6)同一颗粒配比,型煤的压制负荷越大,孔隙率越小,同一时间内渗吸高度越大。(7)不含瓦斯型煤渗吸高度上升速率在初始时最大,但随着时间的延长而减小。型煤渗吸高度上升速率与型煤压制负荷成正比。(8)4#400kN型煤为研究含瓦斯型煤渗吸制作试样提供依据。

关键词：不含瓦斯型煤渗吸高度压制负荷颗粒配比毛细管力

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基于吸附层厚度理论的软硬煤吸附机理解析

煤炭学报 2016年第3期41卷 653-661页

作者：岳基伟岳高伟曹汉生河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

针对同一变质程度软/硬煤的比表面积和总孔容积相差数倍,但其对甲烷吸附量却相当这一现象,根据热力学原理及煤对甲烷吸附机理,建立了煤的孔径对甲烷吸附层厚度的方程,数值分析了吸附压力和孔径对吸附层厚度(吸附层数)的影响,同时采用软... 详细信息

针对同一变质程度软/硬煤的比表面积和总孔容积相差数倍,但其对甲烷吸附量却相当这一现象,根据热力学原理及煤对甲烷吸附机理,建立了煤的孔径对甲烷吸附层厚度的方程,数值分析了吸附压力和孔径对吸附层厚度(吸附层数)的影响,同时采用软/硬煤的孔径分布拟合函数,数值计算了软/硬煤的瓦斯等温吸附曲线,并与实测结果进行了对比分析。研究结果表明:基于吸附层厚度理论,在同一吸附平衡压力下,甲烷吸附层厚度随着孔径增大呈负指数变化,即煤体对甲烷的吸附是不同分子层的集合。采用煤体中孔径与其孔体积的分段函数和煤对甲烷的吸附层厚度理论,计算得到的瓦斯吸附等温线无论是变化趋势还是定量上均与实测结果一致,误差小于6.5%。因而,吸附层厚度理论很好地揭示了软/硬煤对甲烷吸附特征。由此,只要测得煤的孔径分布特征,即可采用吸附层厚度理论对其吸附量进行计算,为预测煤层瓦斯含量提供新方法。

关键词：孔径分布吸附层厚度理论吸附层数吸附等温线

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不同解吸公式对含瓦斯型煤的适用性研究

中国安全科学学报 2017年第12期27卷 91-96页

作者：岳基伟王兆丰河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心河南焦作454000

为准确计算取芯过程中煤芯瓦斯的损失量,减少发生煤与瓦斯突出的次数及伤亡人数,基于高低温试验装置所测试的前60 min累计瓦斯解吸量随时间的变化曲线,采用不同解吸公式对不同温度、不同吸附平衡压力下的解吸曲线进行拟合并分析。结果表... 详细信息

为准确计算取芯过程中煤芯瓦斯的损失量,减少发生煤与瓦斯突出的次数及伤亡人数,基于高低温试验装置所测试的前60 min累计瓦斯解吸量随时间的变化曲线,采用不同解吸公式对不同温度、不同吸附平衡压力下的解吸曲线进行拟合并分析。结果表明:乌斯基诺夫式对于0℃及其以上部分的解吸数据不可拟合,可拟合0℃以下的解吸数据;文特式比王佑安式和孙重旭式的拟合效果好;巴雷尔式、指数式及博特式的拟合效果较差。

关键词：解吸量高低温解吸公式型煤适用性

高低温环境下煤对瓦斯的吸附平衡及热力学研究

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矿业安全与环保 2015年第5期42卷 10-14页

作者：岳基伟岳高伟谢策河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

在高低温环境下测定了3种变质程度煤的瓦斯吸附等温线,并通过Sips模型进行拟合,同时对瓦斯吸附的焓变、吸附自由能和熵变等热力学参数进行计算分析,研究结果表明:随环境温度降低,煤表面吸附均一性的γ值线性减小,即吸附不均一性增强;吸... 详细信息

在高低温环境下测定了3种变质程度煤的瓦斯吸附等温线,并通过Sips模型进行拟合,同时对瓦斯吸附的焓变、吸附自由能和熵变等热力学参数进行计算分析,研究结果表明:随环境温度降低,煤表面吸附均一性的γ值线性减小,即吸附不均一性增强;吸附焓变(ΔH)为负值,表明吸附是放热的,且焓变随着温度降低线性减小;不同变质程度煤的焓变—温度线交于温度为0℃(273.15 K)的点;吸附自由能(ΔG)为负值,表明甲烷在煤上的吸附过程为自发过程;随环境温度降低,熵变(ΔS)越大,吸附过程越容易进行,瓦斯吸附量也越大。

关键词：高低温环境瓦斯吸附吸附热力学 Sips模型

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煤对甲烷及氘代甲烷吸附性能研究

煤炭科学技术 2022年第11期50卷 93-99页

作者：岳基伟李宏孙永鑫邵亨威吕振威李怀宾安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 河南工程学院安全学院河南郑州451191 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

煤层注水是一项综合灾害防突措施,常被应用于瓦斯、粉尘及冲击地压防治。获得煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律,对于揭示含瓦斯煤注水防突、防冲及防尘的机理具有重要的理论意义。对于煤-水-甲烷三相体系中水分分布的测试,无损检测... 详细信息

煤层注水是一项综合灾害防突措施,常被应用于瓦斯、粉尘及冲击地压防治。获得煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律,对于揭示含瓦斯煤注水防突、防冲及防尘的机理具有重要的理论意义。对于煤-水-甲烷三相体系中水分分布的测试,无损检测法是一种首选的方法,核磁共振测试技术对于水分分布测试具有其独特的优势,然而采用核磁共振测试煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律时,甲烷分子中氢原子与水分子中的氢原子相互干扰,造成不能准确获得煤-水-甲烷三相体系中水分的分布规律。提出采用氘代甲烷(CD_(4))代替甲烷(CH_(4))研究含瓦斯煤中水分分布,需首先获得煤对CD_(4)及CH_(4)的吸附特性。采用等温吸附试验及分子动力学模拟的方法研究了煤对CH_(4)及CD_(4)的吸附量及等量吸附热。研究结果表明:煤对CH_(4)及CD_(4)的吸附量差别不大,且吸附量与吸附平衡压力满足Langmuir的函数关系;煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热随着吸附平衡压力的增加而减小,等量吸附热与瓦斯压力满足指数的函数关系;同一温度条件下,煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热差别不大;煤对CH_(4)及CD_(4)的等量吸附热随着温度的减小而增加,且等量吸附热均存在极限值、均为物理吸附。研究结果为采用核磁共振定量研究煤-甲烷-水分三相体系中水分的分布规律奠定理论基础。

关键词：煤-水-甲烷三相体系甲烷及氘代甲烷吸附性能分子动力学

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煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应

科技导报 2015年第2期33卷 74-79页

作者：岳高伟岳基伟许梦飞河南理工大学安全科学与工程学院焦作454000 河南理工大学土木工程学院焦作454000

气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱... 详细信息

气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应对其影响显著,且随着暴露时间增长和距煤壁距离增大,其差别更为明显。滑脱因子的变化将直接影响煤层内部气体压力的分布,随着滑脱因子的增大,气体压力减小,滑脱越明显。与不考虑滑脱效应(Darcy解)瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布曲线更接近实测数据,表明在研究煤层渗流过程中须考虑滑脱效应。

关键词：瓦斯渗流滑脱效应瓦斯压力煤层

基于T-P模型的高低温环境型煤对甲烷吸附性能预测

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中国安全生产科学技术 2018年第1期14卷 77-81页

作者：岳基伟王兆丰河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心河南焦作454000

为预测深部或浅部煤层不同温度和不同压力条件下的吸附等温线,选用型煤以高低温试验装置为依托,测试了温度为293.15,273.15,253.15 K的吸附等温线。基于T-P模型,利用等温吸附曲线对公式中的参数进行了合理的求解,探讨了一种简单的煤对... 详细信息

为预测深部或浅部煤层不同温度和不同压力条件下的吸附等温线,选用型煤以高低温试验装置为依托,测试了温度为293.15,273.15,253.15 K的吸附等温线。基于T-P模型,利用等温吸附曲线对公式中的参数进行了合理的求解,探讨了一种简单的煤对瓦斯吸附等温线预测方法。研究表明:同一吸附平衡压力下,温度越低,煤的瓦斯吸附量越大;ε-ω吸附特征曲线与温度无关,呈现对数的形式;参数m和拟合度R^2满足抛物线的关系,存在拟合效果最好时的参数m值。采用T-P模型预测得到的吸附等温线与实测的吸附等温线无论是趋势还是定量结果均十分吻合,其相对误差不超过5%。

关键词：高低温环境 T-P模型吸附等温线预测抛物线关系

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高温高压氛围下煤体吸附瓦斯特性研究

中国安全科学学报 2024年第2期34卷 176-184页

作者：申晓静岳基伟梁跃辉王辰徐金林韩奇峻安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台安徽理工大学安徽淮南232001 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000

深部开采面临着高温高压环境,为厘清深部煤体的吸附瓦斯特性,采用等温吸附试验、分子动力学等温吸附模型及理论分析相结合的方法,从宏观角度和微观角度,探究高温高压氛围下煤体吸附瓦斯特性。结果表明:瓦斯压力较低时,不同温度下,绝对... 详细信息

深部开采面临着高温高压环境,为厘清深部煤体的吸附瓦斯特性,采用等温吸附试验、分子动力学等温吸附模型及理论分析相结合的方法,从宏观角度和微观角度,探究高温高压氛围下煤体吸附瓦斯特性。结果表明:瓦斯压力较低时,不同温度下,绝对吸附量与过剩吸附量的差值差别不大;瓦斯压力较高时,绝对吸附量与过剩吸附量的差值随着温度的升高而增大;瓦斯压力从0 MPa逐渐增加到20 MPa的过程中,煤体吸附瓦斯量分为前期快速增加、中期短暂稳定、后期逐渐减小3个阶段;煤的等量吸附热与吸附量满足指数函数关系;基于等量吸附热推演的温度-压力吸附模型可以预测任意温度和压力条件下的等温吸附瓦斯量,预测值与实测值相对误差小于12%。

关键词：高温高压煤体吸附瓦斯吸附特性绝对吸附量过剩吸附等量吸附热

受载煤自发渗吸过程水分运移规律及其影响机理

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煤炭学报 2022年第11期47卷 4069-4082页

作者：岳基伟王兆丰董家昕王春光申晓静安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(河南理工大学) 河南焦作454000 煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122

煤层注水所引入水分的渗透过程迫使煤层内原有裂隙相互沟通或形成新的裂隙网,为水在煤层内的流动提供网络通道。自发渗吸过程水与瓦斯发生相互作用,渗吸过程是一个有效的润湿过程,润湿效果与水分运移距离紧密相关。为揭示受载煤自发渗... 详细信息

煤层注水所引入水分的渗透过程迫使煤层内原有裂隙相互沟通或形成新的裂隙网,为水在煤层内的流动提供网络通道。自发渗吸过程水与瓦斯发生相互作用,渗吸过程是一个有效的润湿过程,润湿效果与水分运移距离紧密相关。为揭示受载煤自发渗吸过程水分运移的影响机理,采用自主研发的“受载煤自发渗吸过程水分运移距离测试系统”,开展了受载煤自发渗吸实验。研究结果表明:水分侵入煤体后,水分与煤成为一个体系,煤样的电阻率发生突变、快变及渐变;等压渗吸过程中,受载应力越大,多分支毛细管束模型中的竖向毛细管平均孔径越小,水分运移距离越大;等压渗吸过程中,同一受载应力条件下,含瓦斯煤自发渗吸过程中水分的运移距离大于不含瓦斯煤自发渗吸过程中水分的运移距离;一端开放的毛细管、两端开放且从两端同时渗吸的毛细管在渗吸过程中均存在封堵效应;一端开放的毛细管渗吸过程中,毛细管周围的气体压力越大,封堵效应越明显;等压渗吸过程中,吸附平衡压力越小,多分支毛细管束模型中的水平毛细管吸水长度越长,多分支毛细管束模型中的竖向毛细管水分运移速率越慢,水分对微小孔的润湿效果越好。

关键词：煤层注水自发渗吸过程多分支毛细管束封堵效应润湿