阜康礦區(qū)氣煤孔隙結(jié)構(gòu)特征及其煤粒瓦斯放散規(guī)律研究.pdf

1、煤體的微觀結(jié)構(gòu)特征及其吸附解吸規(guī)律是瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣開發(fā)與利用過(guò)程中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性研究工作。在借鑒前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，采集新疆阜康礦區(qū)氣煤樣和3種變質(zhì)程度較高的煤樣進(jìn)行對(duì)比研究，分析了新疆阜康礦區(qū)氣煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征，分別進(jìn)行了吸附解吸實(shí)驗(yàn)，探尋阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附機(jī)理，以及與中高變質(zhì)程度煤的解吸差異性機(jī)理，通過(guò)分析氣煤煤粒中瓦斯放散形式，提出了基于孔隙結(jié)構(gòu)特性的煤粒瓦斯放散數(shù)學(xué)模型。
　　利用壓汞和低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)，研究

2、了新疆阜康礦區(qū)氣煤的孔隙分布特征和孔隙類型。結(jié)果表明：阜康礦區(qū)氣煤的孔隙發(fā)育，大、中孔開放性較好，微孔和小孔開放性較差，小孔孔隙占有較大比例，其次是大孔，而中高變質(zhì)程度煤樣中的孔隙則含有大量墨水瓶型孔，微孔最多。
　　利用HCA高壓容量法等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定了煤樣的瓦斯吸附特性，通過(guò)幾種吸附模型的對(duì)比分析，得出D-A方程能更好的描述阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附特性，并分析了壓力、粒徑以及孔隙結(jié)構(gòu)三個(gè)方面對(duì)阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附特性的影響

3、，給出了阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附機(jī)理。
　　利用自主研發(fā)的煤樣多氣一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了瓦斯解吸規(guī)律測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同吸附平衡壓力的瓦斯累計(jì)解吸量均隨解吸時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，呈單調(diào)遞增的有限函數(shù)，瓦斯放散衰減系數(shù)Kt值與吸附平衡壓力無(wú)關(guān)，吸附平衡壓力增加使瓦斯放散初速度增大。初始瓦斯解吸量與各孔徑段的孔容和比表面積均成正相關(guān)關(guān)系，大孔的孔容及其比表面積對(duì)初始瓦斯解吸量和瓦斯放散初速度起決定性的作用，瓦斯放散初期，從煤體中放散出來(lái)的瓦

4、斯氣體主要來(lái)源于孔徑較大的大孔和可見(jiàn)孔內(nèi)。對(duì)比不同變質(zhì)程度煤的相對(duì)解吸率，提出了不同變質(zhì)程度煤樣解吸規(guī)律的差異性機(jī)理。
　　針對(duì)現(xiàn)階段不同學(xué)者對(duì)煤粒中瓦斯放散方式機(jī)理的不統(tǒng)一，以Fick擴(kuò)散為理論基礎(chǔ)建立煤粒瓦斯放散方程，并對(duì)其進(jìn)行了解算，將理論解算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照分析發(fā)現(xiàn)單純運(yùn)用Fick擴(kuò)散來(lái)描述氣煤煤粒的瓦斯放散方式是不準(zhǔn)確的。通過(guò)對(duì)阜康礦區(qū)氣煤的孔隙的分形特征及孔徑分布特征分析，將孔隙按孔徑大小劃分為大于140nm的滲流孔

5、和小于140nm的吸附孔，并判定瓦斯氣體在在滲流孔中以滲流方式流動(dòng)，在吸附孔中以擴(kuò)散的形式進(jìn)行流動(dòng)。結(jié)合阜康礦區(qū)煤粒的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其內(nèi)部瓦斯不同的流動(dòng)形式，提出相應(yīng)的煤粒物理模型，建立了基于孔隙結(jié)構(gòu)特征的瓦斯放散方程，并給出了初始條件及邊界條件。
　　采用有限差分方法，對(duì)建立的煤粒瓦斯放散數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化處理，采用VB語(yǔ)言對(duì)經(jīng)過(guò)離散化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了編程解算。對(duì)實(shí)驗(yàn)條件下煤粒瓦斯放散規(guī)律進(jìn)行了模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，得出模擬結(jié)