不同温压条件下煤体吸附解吸瓦斯规律及其实验研究

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煤炭在我国是主要能源,并且煤炭及煤层气储量丰富,煤层气即通常指瓦斯气,通常以吸附态存在于煤的微孔隙煤壁表面,或以游离态、溶解态赋存于煤层中。煤层瓦斯气虽然是一种清洁的自然资源,但同时又是一种有害气体,造成了许多煤矿灾害事故,例如瓦斯爆炸、窒息、突出等。研究煤吸附解吸瓦斯影响规律对于掌握煤吸附解吸瓦斯机理、煤层气的开采和利用、预防和治理煤矿瓦斯灾害具有重要意义。本文对屯兰矿22301回采工作面煤体进行了工业分析,其水分含量为0.22%,灰分含量为16.44%,挥发分为26.67%,硫分为0.45%。本实验利用贝士德仪器科技(北京)有限公司生产的BSD-PH系列3H-2000PH全自动高压气体分析系统来进行研究。针对煤样进行不同循环阶梯时间、不同压力、不同温度、不同粒度条件下煤体吸附解吸瓦斯实验研究。研究表明:(1)煤样对甲烷的吸附量及吸附量浓度随着瓦斯压力的升高而升高,当瓦斯压力升高到一定程度,煤样对瓦斯的吸附量和吸附量浓度曲线逐渐平缓;解吸时随着瓦斯压力的降低,解吸出了瓦斯。(2)不同循环阶梯时间各分压点设定的平衡时长(1h)和最大时长(2h)已满足实验要求,方案脱气时间实施为3h;(3)不同压力、不同温度、不同粒度Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式拟合良好,发现不同压力Langmuir等温线斜率、截距随着上限压力的升高,各Langmuir拟合方程的斜率大致呈现减小趋势,同时截距逐渐增大;不同温度除200目后半段实验结果出现部分离散外,Langmuir等温曲线整体反应为P/V值与温度呈现正相关;不同粒度瓦斯压力P与P/V之间满足良好的线性关系,且契合程度较高,拟合系数均在0.9000以上。(4)不同压力最大瓦斯压力与吸附常数a呈现正相关,与吸附常数b呈现负相关;不同温度不同瓦斯压力与样品粒度条件下吸附常数a、b与温度的负相关关系;不同粒度一般情况下,煤样的粒度越大,其吸附常数a值也相应变大,吸附常数b值与样品粒度的关系尚不确定(5)不同压力下吸附强度n与吸附常数k均与最大上限瓦斯压力呈现正相关,且拟合精度均高达0.99;不同温度下吸附强度n与吸附常数k与温度呈负相关;不同粒度>200目粒度样品的吸附强度n和吸附常数k均不同程度地大于60-80目样品的相关参数。样品粒度对吸附强度n和吸附常数k的影响相对不大。(6)并得到了不同压力、不同温度、不同粒度的解吸特性规律与解吸相关参数规律。希望该实验结果能对开采煤层气和矿井瓦斯开采及防治提供数据支持。
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