低溫對(duì)煤吸附甲烷及煤體力學(xué)性能影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、控制煤與瓦斯突出，是復(fù)雜煤層開采遇到的難題。煤層瓦斯含量大小是決定礦井瓦斯涌出量的主要因素，也是確定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一。因此，深人研究瓦斯在煤體中的賦存狀態(tài)，特別是瓦斯含量以及吸附瓦斯和游離瓦斯在煤層中的分布情況，對(duì)于掌握煤層中瓦斯?jié)撃艿拇笮〖捌淇赡艿淖饔们闆r是十分必要的，它將有助于進(jìn)一步揭示煤與瓦斯突出現(xiàn)象的本質(zhì)。然而，時(shí)至今日，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對(duì)溫度對(duì)煤吸附甲烷能力的影響所進(jìn)行的大量研究工作，主要集中在常溫(30℃)以上

2、，而對(duì)于低溫(≤0℃)對(duì)煤吸附CH4的影響還未見報(bào)道。本文針對(duì)注水凍結(jié)石門揭煤方法所涉及的科學(xué)問題，首先對(duì)WY-98A瓦斯常數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行改造，使之能夠進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)。然后，利用該設(shè)備對(duì)裕民煤樣、坦家沖煤樣、一平硐煤樣和利人煤樣進(jìn)行大量常溫和低溫吸附試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行凍結(jié)煤體單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
　　通過與煤對(duì)甲烷的常溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比及凍結(jié)煤體單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，得出了以下結(jié)論:
　　(1)用改造后的WY-98A儀器與原儀器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、對(duì)比顯示設(shè)備的可靠性，同時(shí)原設(shè)備具有可擴(kuò)展性。
　　(2)用改造后的WY-98A吸附常數(shù)測(cè)定儀，首次獲取了低溫條件下（T≤0℃）煤對(duì)CH4吸附常數(shù)a、b值。通過數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度T≤0℃時(shí)，煤對(duì)CH4等溫吸附曲線仍屬于第Ⅰ類吸附等溫線，可以用Langmuir方程來表征煤對(duì)CH4的低溫吸附。
　　(3)在低溫階段，同一煤樣在相同壓力下，吸附量與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著溫度降低，煤吸附甲烷的能力提高。壓力越大，煤體吸附量隨吸附溫

4、度變化趨勢(shì)越明顯;壓力較低時(shí)，吸附量隨壓力增大呈線性的增長，隨后吸附速度不斷的衰減，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，煤對(duì)CH4氣體的吸附能力達(dá)到飽和，此后再增加壓力吸附量不再增加。這與于洪觀的結(jié)論:“煤對(duì)混合氣體CH4吸附量并不隨著壓力的增加而增加，而是隨著壓力的增加而增加到最大值后隨著壓力的增加吸附量略降低”基本一致。
　　(4)在低溫階段（T≤0℃）煤的Langmuir常數(shù)a的值明顯高于常溫階段（T=30℃）常數(shù)a的取值。在相同溫度變化趨

5、勢(shì)下，不同煤的吸附常數(shù)a的變化趨勢(shì)不同;煤體吸附量越大，吸附量隨溫度變化的趨勢(shì)越劇烈。
　　(5)建立起飽和吸附量a與溫度T的相關(guān)關(guān)系;a與T的相關(guān)關(guān)系為預(yù)測(cè)深部的煤層吸附甲烷含量提供了可能。若先預(yù)測(cè)到某深度的地溫和煤級(jí)，選適宜的方程可以計(jì)算該處a值。
　　(6)通過注水凍結(jié)成型煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其受壓后變形分為四個(gè)階段:壓密階段、彈性階段、塑性屈服階段和破壞階段。隨著凍結(jié)溫度降低，成型煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量