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生物甲烷代谢对煤孔隙结构的影响

天然气地球科学 2014年第7期25卷 1097-1102页

作者：夏大平郭红玉马俊强司青苏现波河南理工大学河南焦作454000 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(河南理工大学) 河南焦作454000

微生物代谢把煤转化为甲烷为主的气体,不但增加煤层气资源量,还能实现煤储层的生物增透。选择3种煤阶煤样进行模拟生物甲烷生成实验,通过压汞法分别测试代谢前后煤的孔隙结构,并通过X-射线衍射和FTIR测试代谢前后煤大分子结构。结果表... 详细信息

微生物代谢把煤转化为甲烷为主的气体,不但增加煤层气资源量,还能实现煤储层的生物增透。选择3种煤阶煤样进行模拟生物甲烷生成实验,通过压汞法分别测试代谢前后煤的孔隙结构,并通过X-射线衍射和FTIR测试代谢前后煤大分子结构。结果表明:1生物甲烷代谢后煤样大孔孔容及所占比率显著增加,小孔和微孔孔容有所减少,总孔容、平均孔径和孔隙度也相应增加,而孔比表面积有一定程度降低;2微生物作用后煤样的开放型孔增加,孔隙连通性增强;3生物甲烷代谢改变煤孔隙结构是通过生物酶作用于其大分子结构,使官能团和侧链脱落,苯环打开,氧含量增加,煤的晶化程度降低。微生物把煤转化为生物甲烷的同时,改善了煤的孔隙结构且降低了比表面积,有利于煤层气的解吸和运移产出,对煤层气开发有重要潜在意义。

关键词：煤层气生物甲烷代谢孔隙结构大分子结构生物增透

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矿井CO气体成因类型及机理辨识分析

煤炭学报 2013年第10期38卷 1812-1818页

作者：贾海林余明高徐永亮河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室--省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

针对采煤作业空间CO气体异常,来源及成因类型不清等问题,综合运用矿井火灾学、煤田地质学、瓦斯地质学及煤化学等多学科理论,提出了CO气体成因类型由原生CO气体和次生CO气体构成。原生CO气体是煤化作用阶段的非烃类气体产物之一;次生CO... 详细信息

针对采煤作业空间CO气体异常,来源及成因类型不清等问题,综合运用矿井火灾学、煤田地质学、瓦斯地质学及煤化学等多学科理论,提出了CO气体成因类型由原生CO气体和次生CO气体构成。原生CO气体是煤化作用阶段的非烃类气体产物之一;次生CO气体是指煤机械破碎激活脱羰分解产生的CO气体,煤常温氧化和煤升温氧化过程产生的CO气体,也包括井下炸药爆破和防爆机车运行释放的CO气体。对原生CO气体和次生CO气体中煤机械破碎脱羰分解产生的CO气体和煤氧复合分解的CO气体的产生机理分别进行了阐述分析。分析了煤升温氧化过程CO气体发生量与煤体温度之间的对应关系及煤升温氧化生成CO气体的活化能。探讨了煤层原生CO气体含量测试及CO来源辨识方面存在的问题,提出了CO气体综合控制与治理的研究方向。

关键词：原生CO气体次生CO气体 CO气体成因类型 CO气体产生机理

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基于粗糙度的煤体表面接触角数值模拟研究

煤炭科学技术 2023年第4期51卷 96-104页

作者：张健许博魏建平张鹏妍蔡茂林张凯旋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 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

煤尘是煤矿的七大灾害之一,它不仅影响作业人员的身心健康,还能致使发生煤尘爆炸。煤的润湿效果对除尘有很大的影响,已有研究表明煤的润湿效果与煤的润湿性、表面粗糙度和表面活性剂等有关。为了有效地解决井下煤尘问题,选取了亲水性的... 详细信息

煤尘是煤矿的七大灾害之一,它不仅影响作业人员的身心健康,还能致使发生煤尘爆炸。煤的润湿效果对除尘有很大的影响,已有研究表明煤的润湿效果与煤的润湿性、表面粗糙度和表面活性剂等有关。为了有效地解决井下煤尘问题,选取了亲水性的哈密褐煤、疏水性的安阳焦煤和弱亲水性的赵固二矿无烟煤作为研究对象,使用光学接触角形貌联用仪测量3种煤样的均方粗糙度,测定3种煤样的本征接触角,利用COMSOL数值软件构建二维物理模型,设置模拟条件,调整模拟参数,分析对比试验值和模拟值,验证COMSOL数值模拟的可行性,研究了煤体表面粗糙度对煤体表面接触角的影响。结果表明:数值模拟的液滴铺展过程、液滴铺展速度及液滴铺展形态和试验情况类似,但模拟接触角值比试验接触角值大;随着煤体表面粗糙度的增加,褐煤接触角从60.7°降低到50.9°,变化范围在10°左右,焦煤接触角从96.5°增加到112.7°,变化范围在16°左右,无烟煤接触角从89.7°降低到78.3°,变化范围在11°左右;同种表面活性剂对3种煤样接触角的模拟值和试验值具有相同的变化趋势,但模拟值比试验值大。采用数值模拟的方法,研究煤体表面粗糙度对煤体表面接触角的影响具有一定的可行性。煤体表面受粗糙度影响的润湿情况符合Wenzel模型。表面活性剂的存在不改变3种煤样的接触角随表面粗糙度变化的规律。

关键词：煤尘除尘煤体润湿表面粗糙度接触角 COMSOL模拟

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二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸实验研究

煤炭学报 2015年第12期40卷 2843-2848页

作者：余明高朱新娜裴蓓杨勇河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 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454003

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120 mm×120 mm×840 mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明:二氧化碳和超细水... 详细信息

为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120 mm×120 mm×840 mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明:二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷-空气-CO2的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4 m L超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为7.69 k Pa;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸超压峰值下降了9.3 k Pa,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。

关键词：二氧化碳超细水雾甲烷爆炸协同效应

瓦斯涌出衰减特征法测定水力冲孔抽采影响半径

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煤炭科学技术 2022年第7期50卷 156-162页

作者：张明杰李亚西闫江伟谭志宏刘宽小河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 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454003

确定水力冲孔瓦斯抽采影响半径参数对于提高瓦斯抽采效率,消除钻孔间防突空白带,保证煤矿安全生具有重要的现实意义。在研究分析钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,负压抽采下排放钻孔瓦斯流动、涌出特点,发现排放钻孔瓦斯涌出可分为前... 详细信息

确定水力冲孔瓦斯抽采影响半径参数对于提高瓦斯抽采效率,消除钻孔间防突空白带,保证煤矿安全生具有重要的现实意义。在研究分析钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,负压抽采下排放钻孔瓦斯流动、涌出特点,发现排放钻孔瓦斯涌出可分为前期、后期2个阶段,应用钻孔瓦斯涌出量负幂指数方程分别计算前期瓦斯排放量和后期瓦斯极限排放量,两者加和为钻孔瓦斯极限排放量Qj,提高了计算求解的准确性;指出负压抽采影响下排放钻孔周围煤体瓦斯流向抽采钻孔,是排放孔后期瓦斯涌出衰减系数突变性减少原因,造成排放孔百米钻孔瓦斯极限排放量与未受抽采影响的显著差异性;根据受负压抽采影响出现的排放钻孔瓦斯涌出衰减系数突变性、排放钻孔百米瓦斯极限排放量显著差异特征,提出了瓦斯涌出衰减系数特征法测定水力冲孔抽采影响半径的方法;运用此法在鹤壁中泰煤业公司进行了现场测试,结果表明,煤孔平均冲出煤量1.3 t/m,抽采时间60 d,抽采影响半径为5.1 m。

关键词：水力冲孔抽采影响半径瓦斯涌出衰减特征法极限排放量

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改性赤泥粉体抑制瓦斯爆炸的实验研究

煤炭学报 2014年第7期39卷 1289-1295页

作者：余明高孔杰王燕郑凯郑立刚河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 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454003

为了研制经济且高效的抑爆剂,以拜耳法赤泥为原料,经过脱碱、改性处理后得到具有较高比表面积(255 m2/g)的超细改性赤泥粉体材料。利用自制瓦斯抑爆实验系统,研究了改性赤泥粉体的抑爆性能。研究结果表明:经过改性的赤泥粉体在瓦斯抑爆... 详细信息

为了研制经济且高效的抑爆剂,以拜耳法赤泥为原料,经过脱碱、改性处理后得到具有较高比表面积(255 m2/g)的超细改性赤泥粉体材料。利用自制瓦斯抑爆实验系统,研究了改性赤泥粉体的抑爆性能。研究结果表明:经过改性的赤泥粉体在瓦斯抑爆实验中表现出良好的抑爆效果。其中,质量浓度为0.15 g/L的赤泥粉体可使甲烷体积分数为9.5%的甲烷-空气预混气体的爆炸最大压力降低30%,压力峰值出现时间延迟35.1%左右。结合热分析、氮气吸附-脱附等测试结果,对改性赤泥粉体的抑爆机理进行了讨论,分析表明改性赤泥具有较高的吸热性,同时具有较高的比表面积,能够有效吸附爆炸中产生的活性自基,从而达到抑爆的目的。

关键词：赤泥改性抑爆自由基

多种热分析法解算硫化矿石氧化分解动力学参数的对比

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中南大学学报（自然科学版） 2018年第1期49卷 1-7页

作者：阳富强刘晓霞朱伟方福州大学环境与资源学院福建福州350116 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

为了表征不同热分析法在解算硫化矿石氧化分解反应动力学参数中所呈现出的差异,采用STA449C型热分析仪对采自典型高硫矿山的硫化矿样进行热分析实验;分别运用Coats-Redfem,Doyle,Flynn-Wall-Ozawa(FWO)等积分法和Kissinger,Fridman,Acha... 详细信息

为了表征不同热分析法在解算硫化矿石氧化分解反应动力学参数中所呈现出的差异,采用STA449C型热分析仪对采自典型高硫矿山的硫化矿样进行热分析实验;分别运用Coats-Redfem,Doyle,Flynn-Wall-Ozawa(FWO)等积分法和Kissinger,Fridman,Achar等微分法求解出该矿样的氧化分解反应动力学参数。研究结果表明:硫化矿石的氧化分解进程符合一级反应动力学机制;硫化矿石在高温反应阶段的动力学参数值明显高于低温阶段的动力学参数值。对6种热分析方法的求解值进行比较发现,尽管不同热分析法的求解结果都能反映硫化矿石的氧化分解过程,但具体方法不同,结果相差较大。因此,通过热分析手段选择合适的升温速率,以Coats-Redfern法或Doyle法求解并采用FWO法分析校检,可以得到较好反映硫化矿石氧化分解过程的动力学参数。

关键词：硫化矿石自燃热分析动力学参数求解方法

义马褐煤显微组分酸性含氧基团特征及其抑制甲烷吸附性

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中国矿业大学学报 2018年第5期47卷 1149-1156页

作者：张航张小兵张玉贵雷东记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理工大学河南焦作454003 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

为探索煤表面酸性含氧基团对低阶煤甲烷吸附行为的影响,采集义马褐煤样品经手选、破碎、研磨、筛分并重液分离富集不同显微组分,借助傅立叶变换红外光谱(FT-IR)测试,Boehm滴定等技术表征褐煤各显微组分富集物酸性含氧基团特征,依据煤化... 详细信息

为探索煤表面酸性含氧基团对低阶煤甲烷吸附行为的影响,采集义马褐煤样品经手选、破碎、研磨、筛分并重液分离富集不同显微组分,借助傅立叶变换红外光谱(FT-IR)测试,Boehm滴定等技术表征褐煤各显微组分富集物酸性含氧基团特征,依据煤化学统计结构解析法推算褐煤基本结构单元萘核,利用重量法等温吸附实验测定褐煤各显微组分富集物及不同酸性含氧基团特征结构化合物的甲烷吸附性.研究发现:义马褐煤酸性含氧基团总量与羧基、酚羟基、内酯基含量最高的显微组分依次为类脂组、腐殖组、惰质组;不同酸性含氧基团对褐煤萘核的抑制甲烷吸附性由大到小依次为羧基,酚羟基,内酯基.其中,羧基相对抑制甲烷吸附量约为内酯基与酚羟基的7倍和3.3倍;在忽略水分条件下考察褐煤显微组分富集物中不同酸性含氧基团对甲烷的吸附行为,结果显示羧基含量增高是造成各显微组分甲烷吸附量降低的主要因素.本研究表明,显微组分含量及煤表面性质是影响褐煤含气性的重要因素,惰质组的高羧酸含量抑制义马褐煤甲烷吸附性效果显著.

关键词：褐煤显微组分酸性含氧基团微观结构抑制吸附

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Fenton试剂氧化降解甲烷的动力学规律

煤炭学报 2013年第9期38卷 1597-1603页

作者：魏建平戴俊王政锦王睿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 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

为研究Fenton试剂产生的羟基自由基·OH对甲烷的降解与动力学规律,利用自制的鼓泡反应装置,系统研究反应时间、H2O2浓度(c(H2O2))、Fe2+浓度(c(Fe2+))、初始pH值、反应温度等因素对煤矿瓦斯(甲烷)降解率的影响。实验结果表明,Fenton试... 详细信息

为研究Fenton试剂产生的羟基自由基·OH对甲烷的降解与动力学规律,利用自制的鼓泡反应装置,系统研究反应时间、H2O2浓度(c(H2O2))、Fe2+浓度(c(Fe2+))、初始pH值、反应温度等因素对煤矿瓦斯(甲烷)降解率的影响。实验结果表明,Fenton试剂对甲烷有较好的降解效果,对于浓度为4.9%的甲烷气体,当c(H2O2)=100 mmol/L、c(Fe2+)=2.0 mmol/L、初始pH=2.5、T=25℃时,反应30 min后,甲烷的最高降解率达0.25。通过对甲烷降解率与时间的变化关系进行非线性拟合,结果表明其反应动力学规律符合Boltzmann方程,而且方程中的参数d x即为影响Fenton试剂氧化降解甲烷效果的浓度经验校正系数,并最终得出甲烷降解率的定量计算公式。

关键词：甲烷 Fenton试剂羟基自由基反应动力学 Boltzmann方程