外淋溶液对煤体瓦斯解吸影响的实验研究与应用

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随着煤矿生产水平的提高,瓦斯事故的防治手段也有了极大提升,然而瓦斯超限仍有发生,外淋溶液抑制瓦斯解吸是解决该问题有效的方法之一,外淋溶液对瓦斯解吸的作用效果受巷道内通风情况、巷道环境温度以及外淋溶液质量分数等多种因素影响。为研究多种因素影响下外淋溶液的作用效果,本论文通过自主研发的多因素影响煤体瓦斯解吸喷淋实验台,开展了多因素影响下煤体瓦斯解吸实验,分析了通风条件下,环境温度、煤体粒径和外淋溶液质量分数对瓦斯解吸效应影响,获得了外淋溶液对煤体瓦斯解吸的影响规律,最后通过现场工业性试验验证了外淋溶液对瓦斯解吸的抑制效果,为煤矿现场应用外淋溶液抑制瓦斯解吸,防止瓦斯超限事故提供了数据参考,主要结论如下:(1)自主研发了多因素影响煤体瓦斯解吸喷淋实验台,包括模型主体、风流系统、溶液喷淋系统、瓦斯吸附系统和数据采集系统五大部分,可实现溶液喷淋、通风、温度、不同煤体粒径等多因素的影响下不同位置瓦斯浓度的监测。(2)外淋溶液影响范围内,瓦斯浓度随时间变化曲线可分为瓦斯累积和瓦斯衰减两个阶段。其中各测点瓦斯累积峰值浓度与环境温度、煤体粒径和溶液种类都呈现出不同相关性:瓦斯峰值浓度与煤体粒径呈负相关,与环境温度呈正相关,与外淋溶液质量分数呈负相关。(3)外淋溶液对瓦斯解吸的抑制作用随煤体粒径的不同发生变化,当煤体粒径介于2.8mm-30mm之间时,呈现出平均抑制效率随煤体粒径的增大而增强的规律,当煤体粒径为20mm-30mm时,平均瓦斯抑制效率达20.38%。在煤体粒径的影响下,外淋溶液在进风口下隅角处对瓦斯解吸的抑制作用最大,在进风口上隅角抑制作用最小。(4)当环境温度介于25℃到45℃之间时,随环境温度升高,平均瓦斯峰值浓度从5838ppm增长到6346ppm,随环境温度升高,外淋溶液抑制瓦斯解吸的能力发生变化,在出风口下隅角、进风口上隅角和进风口下隅角处外淋溶液对瓦斯解吸的抑制作用减弱,在风流影响下对出风口上隅角和模型中心处瓦斯解吸的抑制作用增强。(5)外淋溶液的浓度也会影响瓦斯解吸效应。当外淋溶液质量分数介于0.00%到0.40%时,随着质量分数的增加,外淋溶液对瓦斯解吸的抑制作用增强,在模型内不同位置处对瓦斯解吸的抑制效率随之提高,最高达30%。(6)在现场工业性试验中,采用实验效果最好的外淋溶液癸基葡萄糖苷溶液润湿煤体,工作面平均瓦斯浓度出现下降趋势,其中靠近回风巷一侧瓦斯浓度下降较为明显,平均瓦斯浓度降低率达20%,回风巷上隅角平均瓦斯浓度降低率达26%。本文通过现场调研、查询资料,研发了多因素影响瓦斯解吸喷淋实验台,并通过研发实验台进行了系列外淋溶液影响瓦斯解吸的实验,最后根据实验研究获得的规律,利用煤矿现有设备,进行了外淋溶液的现场工业性试验,为瓦斯超限事故的防治提供了数据参考。
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