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)律是瓦斯災害防治和煤層氣開發(fā)與利用過程中一項重要的基礎(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)程度較高的煤樣進行對比研究，分析了新疆阜康礦區(qū)氣煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征，分別進行了吸附解吸實驗，探尋阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附機理，以及與中高變質(zhì)程度煤的解吸差異性機理，通過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)學模型。
　　利用壓汞和低溫液氮吸附實驗，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驗裝置測定了煤樣的瓦斯吸附特性，通過幾種吸附模型的對比分析，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)三個方面對阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附特性的影響

3、，給出了阜康礦區(qū)氣煤的瓦斯吸附機理。
　　利用自主研發(fā)的煤樣多氣一體化實驗臺進行了瓦斯解吸規(guī)律測試，實驗結(jié)果表明：不同吸附平衡壓力的瓦斯累計解吸量均隨解吸時間的延長而增大，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，從煤體中放散出來的瓦

4、斯氣體主要來源于孔徑較大的大孔和可見孔內(nèi)。對比不同變質(zhì)程度煤的相對解吸率，提出了不同變質(zhì)程度煤樣解吸規(guī)律的差異性機理。
　　針對現(xiàn)階段不同學者對煤粒中瓦斯放散方式機理的不統(tǒng)一，以Fick擴散為理論基礎(chǔ)建立煤粒瓦斯放散方程，并對其進行了解算，將理論解算結(jié)果與實驗結(jié)果對照分析發(fā)現(xiàn)單純運用Fick擴散來描述氣煤煤粒的瓦斯放散方式是不準確的。通過對阜康礦區(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，在吸附孔中以擴散的形式進行流動。結(jié)合阜康礦區(qū)煤粒的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其內(nèi)部瓦斯不同的流動形式，提出相應的煤粒物理模型，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，對建立的煤粒瓦斯放散數(shù)學模型進行離散化處理，采用VB語言對經(jīng)過離散化的數(shù)學模型進行了編程解算。對實驗條件下煤粒瓦斯放散規(guī)律進行了模擬，并與實驗結(jié)果對照，得出模擬結(jié)