構(gòu)造煤瓦斯解吸擴(kuò)散與吸附擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、構(gòu)造煤體為瓦斯事故尤其是瓦斯突出事故的多發(fā)體，而通過對各類煤巖孔隙結(jié)構(gòu)分布和擴(kuò)散規(guī)律的研究，可以推導(dǎo)出預(yù)防煤與瓦斯突出事故的有效指標(biāo)，對煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。本文采集了平煤八礦、鶴壁六礦和鄒莊礦的煤樣，搜集了各種有用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以壓汞實(shí)驗(yàn)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)手段對不同變質(zhì)程度、不同煤體結(jié)構(gòu)的煤樣進(jìn)行了孔徑結(jié)構(gòu)分布的對比分析，以容積法吸附/解吸實(shí)驗(yàn)、重量法高壓等溫吸附/解吸實(shí)驗(yàn)為有效手段對不同壓力、不同粒徑、不同煤體結(jié)構(gòu)以及不同變

2、質(zhì)程度條件下的擴(kuò)散規(guī)律分別進(jìn)行了討論研究，得出如下幾條結(jié)論：
　?。?）不同變質(zhì)程度煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)和孔徑分布差異性明顯。褐煤的孔隙率最大，并且明顯要大于其他所有樣品的孔隙率，高變質(zhì)程度煤樣（貧瘦煤和無煙煤）的孔隙率次之，長焰煤的孔隙率最低；通過對孔隙率的變化規(guī)律來看，低變質(zhì)程度煤樣的孔隙率變化范圍較大，而至高變質(zhì)程度階段（R0,max=1.89~4.37％），孔隙率的變化便不是很明顯；大孔與過渡孔對總孔容的影響占主導(dǎo)作用，大孔在低

3、變質(zhì)程度與高變質(zhì)程度煤中均有發(fā)育，中孔在發(fā)育程度最低的褐煤中占據(jù)比例最高，過渡孔與微孔在高變質(zhì)程度煤中所占比例有明顯優(yōu)勢。無論是對于高變質(zhì)程度煤樣還是低變質(zhì)程度煤樣，過渡孔與微孔對比表面積的貢獻(xiàn)率占主導(dǎo)作用；
　?。?）構(gòu)造煤各尺寸范圍孔的孔容與比表面積與原生結(jié)構(gòu)煤有一定差別。同一煤層的構(gòu)造煤與共生的原生結(jié)構(gòu)煤相比，總孔容和總比表面積均明顯增大，另外，中孔的孔容比與比表面積比均有所下降，而過渡孔和微孔的孔容比、比表面積比整體上顯著

4、增高。構(gòu)造煤中細(xì)頸瓶孔較發(fā)育，原生結(jié)構(gòu)煤以開放孔為主，并發(fā)育少量的細(xì)頸瓶孔；
　?。?）通過解吸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在其它條件相同的情況下，壓力對解吸率以及初始有效擴(kuò)散系數(shù)的影響并不明顯；整體上來說，粒徑為0.25-0.5mm煤樣的解吸率大于粒徑為0.5-1.0mm煤樣的解吸率，粒徑為0.5-1.0mm的煤樣初始有效擴(kuò)散系數(shù)大于粒徑為0.25-0.5mm的煤樣初始有效擴(kuò)散系數(shù)；對于原生結(jié)構(gòu)煤來說，變質(zhì)程度為貧瘦煤的鶴壁六礦煤樣的解吸率整體上

5、大于變質(zhì)程度為肥煤的平煤八礦煤樣的解吸率，初始有效擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)相同的規(guī)律，而當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)為構(gòu)造煤時(shí)，變質(zhì)程度為肥煤的平煤八礦煤樣的解吸率均大于變質(zhì)程度為貧瘦煤的鶴壁六礦煤樣，初始有效擴(kuò)散系數(shù)亦呈現(xiàn)相同的規(guī)律；大部分情況下，構(gòu)造煤的初始有效擴(kuò)散系數(shù)明顯大于原生結(jié)構(gòu)煤的初始有效擴(kuò)散系數(shù)，構(gòu)造煤的解吸率整體上大于原生結(jié)構(gòu)煤；
　?。?）在重量法高壓等溫吸附實(shí)驗(yàn)中，對煤樣的吸附量隨壓力的變化規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著吸附平衡壓力的增大，前期階段

6、，吸附量迅速增加；中期階段，吸附量增速有所減緩且吸附量增加越來越慢；后期階段出現(xiàn)了吸附量減少的現(xiàn)象；另外，吸附曲線和解吸曲線不重合，出現(xiàn)了明顯的滯后環(huán)，對甲烷的吸附和解吸表現(xiàn)出非可逆性；
　?。?）在煤粒對瓦斯的吸附初期，吸附量會(huì)有一個(gè)短時(shí)間的快速增長，之后進(jìn)入慢速增長階段，最后趨于穩(wěn)定；達(dá)到吸附平衡所用時(shí)間與有效擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)出‘有效擴(kuò)散系數(shù)越大，達(dá)到吸附平衡所用時(shí)間越短’的規(guī)律；壓力在一定的閾值范圍內(nèi)外會(huì)對有效擴(kuò)散系數(shù)產(chǎn)生‘正向