【摘 要】
:
在诸多因素的影响下,我国大量煤矿被关停成为废弃矿井,这类矿井仍蕴藏大量资源可供开发利用,其中以遗煤及瓦斯资源最具代表性。井下遗煤自煤层揭露至矿井废弃过程中所处的环境温度不断变化,而温度又是影响煤吸附瓦斯特性的敏感指标之一。为了探求环境温度变化对遗煤吸附特性的影响,为建立废弃矿井遗煤吸附态瓦斯储量计算模型奠定基础,本文从温度对煤的孔隙结构改造和吸附性能影响两方面着手,在分析废弃矿井遗煤所处环境温度演
论文部分内容阅读
在诸多因素的影响下,我国大量煤矿被关停成为废弃矿井,这类矿井仍蕴藏大量资源可供开发利用,其中以遗煤及瓦斯资源最具代表性。井下遗煤自煤层揭露至矿井废弃过程中所处的环境温度不断变化,而温度又是影响煤吸附瓦斯特性的敏感指标之一。为了探求环境温度变化对遗煤吸附特性的影响,为建立废弃矿井遗煤吸附态瓦斯储量计算模型奠定基础,本文从温度对煤的孔隙结构改造和吸附性能影响两方面着手,在分析废弃矿井遗煤所处环境温度演变基础上,采用扫描电镜、压汞、低温液氮吸附等手段,从定性、定量的角度研究温度对煤的孔隙结构改造效应;在“不同环境取芯过程煤芯瓦斯放散特性模拟测试系统”实验装置上,模拟废弃矿井遗煤环境温度变化过程中晋城矿区3号煤层煤样吸附瓦斯特性,结合温度对煤的孔隙结构改造效应,研究环境温度对遗煤吸附瓦斯特性影响机制。获得的主要结论如下:温度对煤的孔隙结构具有显著改造效应。随着温度的升高,大孔孔体积由0.0249 mL/g增至0.0454 mL/g,孔隙发育良好,微孔比表面积由2.6836 m2/g减至0.7250 m2/g;大孔径段孔隙分形维数D1随着温度的增加呈现出逐渐增大的趋势,小孔径段孔隙分形维数D3随温度的增加而减小,即:温度越高,煤的大孔径孔隙分形维数越大,孔隙愈发育,有助于煤层中气体的运移,小孔径段孔隙分形维数随煤样温度的增加而减小,微小孔的孔隙结构愈发规则,煤体吸附瓦斯能力减弱。同吸附压力下,煤样吸附甲烷量随着温度的升高呈现出减小趋势,且减小的幅度逐渐增强。煤样的吸附速率随着环境温度增加而相应减小,温度升高,气体分子活跃,易从煤体表面脱附,吸附越困难,甲烷分子吸附速率减小。煤中大孔径段孔隙随着温度的增加逐渐增多,孔体积增大,增加了气体分子运移通道;小孔径段孔隙则随温度增高呈减小趋势,微孔比表面积减少,致使煤样的吸附能力减弱。为此,建立废弃矿井遗煤的吸附态瓦斯储量时,不应忽略温度对煤孔隙结构及瓦斯吸附能力的影响。
其他文献
CH4爆炸作为破坏矿山安全的罪魁祸首,经常造成对巷道内物品的高压冲击与对巷道设备的高温火焰灼烧,造成生产人员伤亡的同时也带来巨大财产损失和不良的社会影响。如何更好地控制CH4爆炸是各国的专家与学者们不断探索的重要课题。本文研究如何在不阻断通风的情况下阻止爆炸火焰传播,从而更有效地消除瓦斯爆炸灾害问题。本文在实验室的现有条件上,自主搭建主动阻爆系统。该系统主要由五个部分组成:管道部分、充气部分、点火
煤体是具有复杂孔隙结构的多孔介质,内部既有微纳尺度孔隙,也有毫米级的裂隙,其中纳米级孔隙数量和结构丰富。由于煤体纳米级孔隙尺度、瓦斯压力和游离态分子扩散效应的影响,微纳尺度孔隙中仍存在着多种气体传输机制。目前,针对连续流区和滑移流区的气体运移研究较为深入,但针对过渡流区的气体流动研究较少,认识不清,关键性因素考虑欠缺,造成许多理论模型难以应用于工程实际,存在着理论计算与实际情况相差较大的现象。因此
安全、稳定与合理的矿井通风系统,对于保障矿井生产的有序、高效和低耗进行具有至关重要的作用。但是,随着矿井生产活动的不断进行,使矿井通风系统的网络结构发生变化,同时,诸如瓦斯地质、矿压与煤炭自燃危险性等矿山地质因素也悄然改变,此外,由于受到采矿活动的影响,矿井通风系统参数发生渐变和突变,这些必然对矿井通风系统的正常运行产生影响,造成不利于安全生产和技术经济不合理的状况。因此,通过引入系统工程、模糊数
温室效应及能源危机是当前国家社会所要面临的严重问题,CO2封存及驱替煤层CH4是解决该问题的有效手段且该方法通常用于高温高压下的深部地层中。因此,为研究高温高压下煤体吸附CH4和CO2的特性,本文利用德国Rubotherm磁悬浮天平,采用重量法,在313.15K的恒定温度下对粒径为0.18-0.25mm的九里山三号无烟煤进行单元气体及混合气体0-15MPa的吸附实验。得到如下结论:无论是单元气还是
煤层含水性和孔隙性是煤矿瓦斯预测与瓦斯治理的重要参数,研究煤层受载含水煤样超声特征(波速和品质因子)与孔隙变化特征关系,是发展煤层含水性和孔隙性声波物探方法的基础。针对赵固二矿二1煤层不同层理方向的煤样,采用理论分析与试验结合方法,基于Wood理论,利用自制煤储层压裂模拟及物性特征试验系统,测量在常温常压条件含水煤样波速参数。之后分析受载含水煤样波速、品质因子、孔隙率特征,探讨三轴受载干燥煤样与饱
随着我国矿井开采深度的日益增大,深部储层条件下甲烷多以超临界状态存在,为研究超临界状态下煤对甲烷的吸附特性,本文基于实验室测试和理论分析的方法,选取山西大同肥煤、鹤壁贫瘦煤、焦作九里山和安阳龙山无烟煤四种不同变质程度煤为研究对象,进行煤的等温吸附实验,结合煤样孔隙结构特征,分析超临界状态下煤对甲烷的吸附特性,主要结论如下:(1)煤样的甲烷视吸附量伴随压力的增大表现出先上升而后下降的两个阶段,对于甲
我国含瓦斯煤层普遍具有“高储低压低渗”的特征,为此,一些学者提出通过水力压裂、水力割缝、预裂爆破、水力冲孔、高压脉冲水射流以及注气驱替等改造物性结构来强化瓦斯抽采的技术措施,但这些措施在实际应用中均存在一定的局限性。微波辐射作用能促使煤体温度升高及结构变化,表现出有利于瓦斯运移产出的特征,因此利用微波辐射强化瓦斯抽采是一种新的尝试。本文采用理论剖析、参数测试、数值模拟等方法探讨微波辐射下煤储层电磁
瓦斯,又叫煤层气,是高效清洁能源的同时又是温室气体,具有很高的抽采利用价值。但我国煤储层因地质条件复杂而具有低渗透性、易吸附难解吸的特点,开采难度较大。因此有效提高煤层渗透性对煤层气的安全开采具有十分重要的意义。本文采用自制的非均相钴基活化剂活化的过硫酸铵溶液对不同煤阶的煤样进行改性处理,对改性前后煤的表面润湿性、形貌、孔隙结构、瓦斯吸附特性、增透效果进行了实验研究,并对其微观机理进行了分析,得到
煤层中由于层理、割理的存在而呈现非均质性,使得煤层具有各向异性特征。进而在煤层中采用爆破致裂技术进行增透时,不同方向上煤层致裂有效距离及渗透性具有明显差异。为探究各向异性煤层致裂有效距离及渗透性变化特征,本文以赵固二矿二1煤层煤体为研究对象,沿不同方向取芯进行煤体的抗拉、抗压强度实验分析了煤体力学各向异性特征;再根据煤体力学各向异性特征对煤层合理布孔,进行爆破致裂有效区域现场测试,以观测致裂前后煤
冷冻取芯过程中,钻头钻削煤壁导致煤芯温度升高,煤芯同时受到制冷剂的作用,导致煤芯温度发生变化,温度是影响瓦斯解吸的重要因素,瓦斯解吸量和损失量都会受到影响。首先依托自制取芯管取芯过程管壁温度测定装置,采集在不同取样深度条件下的取芯管取芯过程管壁温度变化数据,并以此为基础,通过含瓦斯煤低温冷冻取芯模拟试验装置开展不同煤芯瓦斯压力、不同取样深度、不同破坏类型煤、不同变质程度煤条件下煤芯瓦斯解吸实验,研