極松軟煤體高壓吸附過程中變形特性的試驗(yàn)研究

1、第45卷第1期礦業(yè)安全與環(huán)保Vol.45No.12018年2月MININGSAFETY2.CCTEGChongqingResearchInstituteChongqing400037China)Abstract:Mostoutburstcoalseamswithbeddingdisdercoalqualityextremelysofthierarchicallayers，theabsbreleasegasabilityofsofthie

2、rarchicallayerismethanthehardhierarchicallayersocoalgasoutburstdangerousisgreater.Indertoinvestigatetheacterbehaviofswellingdefmationcontractiondefmationeffectofsofthierarchicallayerunderhighpressurethedynamictestingdevi

3、ceofgasadsptiondesptiondefmationofcoalseamwasdevelopedthedevicewasusedtoperfmthesynchronoustestofadsptionstrainundertheconstanttemperaturevolume.Therelationbetweenbodystraingasadsptionisdiscussed.Theresultsshowthattheiso

4、thermaladsptioncurvetheisothermaldesptioncurvetheisothermaladsptivedefmationcurvewillfollowtheLangmuireequationwhiletheisothermaldesptivedefmationcurvewillfollowtheImprovedLangmuireequation.Theprocessofadsptiondesptionis

5、reversiblewhiletheadsptiondesptiondefmationofsofthierarchicallayerisirreversible.Bodystrainthevolumeofgasadsptionarenonlinearlyrelated.Usingtheanalysisresultsofexperimentthebodystrainadsptionquantityprecisefittingequatio

6、nofsofthierarchicallayerwasestablished.Keywds:ultrasoftcoalsoftlayeredadsptionadsptivedefmationconstanttemperaturevolume收稿日期：基金項(xiàng)目：國家“十三五”科技重大專項(xiàng)（2016ZX050670040042016ZX05043005003）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51574280）作者簡介：劉延保（1981—），男，山東

7、淄博人，博士，副研究員，主要從事煤層氣開發(fā)方面的研究工作。Email：yanbao_liu@。近年來，隨著國內(nèi)外研究者對煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)制，以及瓦斯抽采、二氧化碳煤層封存等技術(shù)關(guān)注程度的不斷提高，越來越重視煤巖瓦斯吸附、解吸能力及其變形特性方面的研究[16]，并相繼開發(fā)了測試煤巖吸附、解吸瓦斯量，以及測試變形的技術(shù)和裝置[716]。在對具有突出危險(xiǎn)性煤層的研究中發(fā)現(xiàn)，由于軟分層煤體層理紊Commented[a1]:嚴(yán)正聲明：嚴(yán)正聲

8、明：為了抵制學(xué)術(shù)不端行為，本刊對所有來稿都要進(jìn)行查重。作者論文的文字重合率不宜超過20%。如果在論文印刷出版發(fā)行之前的檢測中重合率﹥30%，則認(rèn)定為較嚴(yán)重的超標(biāo)（涉嫌抄襲、一稿多投、重復(fù)發(fā)表等學(xué)術(shù)不端行為），為了維護(hù)本刊的聲譽(yù)，保護(hù)作者的名譽(yù)，相關(guān)文章將終止發(fā)表，責(zé)任由相關(guān)作者自負(fù)。Commented[a2]:題名偏正詞組，應(yīng)簡明、具體、確切，能概括文章的要旨，符合編制題錄、索引和檢索的有關(guān)原則并有助于選擇關(guān)鍵詞和分類號(hào)。題名一般不宜超

9、過20個(gè)漢字，題名中應(yīng)避免使用非公用的縮略語、字符、代號(hào)以及結(jié)構(gòu)式和公式。2#黑體字。Commented[a3]:作者署名應(yīng)慎重，署名順序應(yīng)按工作貢獻(xiàn)大小確定。一般不宜超過3人。稿件通過審查之后不得更改署名。小4#楷體字。Commented[a4]:作者單位用全稱，不同工作單位的作者，應(yīng)在姓名右上角加注不同的阿拉數(shù)字序號(hào)，并在其工作單位名稱之前加與作者姓名序號(hào)相同的數(shù)字；若一作者屬于多個(gè)與該文有關(guān)的單位，可將其一并列出；各工作單位之間連

10、排時(shí)以分號(hào)隔開。小5#楷體字。Commented[a5]:摘要很重要，是以提供文獻(xiàn)內(nèi)容梗概為目的，不加評論和補(bǔ)充解釋，簡明、確切地記述文獻(xiàn)重要內(nèi)容的短文。摘要應(yīng)具有獨(dú)立性和自明性，不分段，非公知公認(rèn)的符號(hào)或術(shù)語第一次出現(xiàn)時(shí)應(yīng)用全稱，切忌把諸如引言類中出現(xiàn)的內(nèi)容寫入摘要，一般不用數(shù)學(xué)式和化學(xué)結(jié)構(gòu)式，不出現(xiàn)插圖和表格，不用引文。每篇論文應(yīng)寫出150～300字的摘要，用第三人稱寫法，采用“對……進(jìn)行了研究”、“報(bào)道了……現(xiàn)狀”、“進(jìn)行了……調(diào)

11、查”等記述方法，不要使用“我們、本文、作者等”作主語，不用說明性和評價(jià)性的語句。對于創(chuàng)新成分較多的試驗(yàn)研究和專題研究論文應(yīng)寫成結(jié)構(gòu)性摘要（報(bào)道性摘要），應(yīng)包括研究的目的、方法、結(jié)果和結(jié)論等。摘要撰寫參見GB6447《文摘編寫規(guī)則》。5#仿宋字。Commented[a6]:關(guān)鍵詞包括主題詞和自由詞，5～8個(gè)為宜。5#仿宋字。Commented[a7]:中圖分類號(hào)采用《中國圖書館分類法》進(jìn)行分類選取，一般標(biāo)注一個(gè)分類號(hào)，多個(gè)主題的文章可標(biāo)注

12、兩個(gè)或三個(gè)分類號(hào)。Commented[a8]:文獻(xiàn)標(biāo)志碼每一篇文章應(yīng)根據(jù)其內(nèi)容性質(zhì)標(biāo)識(shí)一個(gè)文獻(xiàn)標(biāo)志碼。主要有以下3種：A——基礎(chǔ)性理論與應(yīng)用研究；B——應(yīng)用性技術(shù)成果報(bào)告(科技)；Commented[a9]:英文與中文對應(yīng)、一致。英文中的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)均為半角字符。參見CYT154—2017《中文出版物夾用英文的編輯規(guī)范》。Commented[a10]:基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目名稱應(yīng)按照國家有關(guān)部門規(guī)定的正式名稱著錄；多項(xiàng)基金項(xiàng)目應(yīng)依次列出，其間以分

13、號(hào)隔開。小5#仿宋字。Commented[a12]:正文文章一律使用法定簡化漢字、規(guī)范的科技名詞及專業(yè)術(shù)語、規(guī)范的量名稱及其符號(hào)，一律使用法定計(jì)量單位及其符號(hào)，全文的名詞術(shù)語應(yīng)一致。Commented[a11]:作者簡介包括姓名（出生年—），性別（民族，漢族可省略），籍貫，學(xué)位，職稱職務(wù)，工作業(yè)績或研究方向（任選）。可以對外公開的聯(lián)系信息。小5#仿宋字。第45卷第1期礦業(yè)安全與環(huán)保Vol.45No.12018年2月MININGSAFET

14、Y&ENVIRONMENTALPROTECTIONFeb.20183mL，樣品罐及管路容積為123.705mL。2試驗(yàn)煤樣及方案試驗(yàn)煤樣及方案2.1試驗(yàn)煤樣試驗(yàn)煤樣試驗(yàn)煤樣取自重慶松藻煤電有限責(zé)任公司渝陽煤礦具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的8#煤層軟分層，其工業(yè)性分析結(jié)果如下：水分1.93%，灰分16.04%，揮發(fā)分10.22%，含碳量71.81%。由于該軟分層極松軟，手捻即成顆粉，無法加工成原煤試件，而型煤和原煤的變形特性存在相關(guān)性[18]，

15、因此，筆者采用型煤代替原煤用于吸附—解吸瓦斯變形特性的一般性規(guī)律探討。試驗(yàn)煤樣采用特制模具壓制而成，煤樣成型裝置如圖3所示。圖3煤樣成型設(shè)備在煤樣壓制過程中，首先調(diào)節(jié)液壓泵，緩慢施加成型力至30kN，然后穩(wěn)壓15min，在穩(wěn)壓過程中實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)液壓泵，保證成型力誤差在0.1kN內(nèi)。將制作好的煤樣放入60℃干燥箱中進(jìn)行干燥，12h后取出放置在干燥皿中冷卻至室溫備用。2.2試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備條件，采用純度為99.999%的CH4氣體作

16、為吸附質(zhì)，試驗(yàn)溫度為30.00℃。在煤樣側(cè)面中部位置粘貼2組共4個(gè)電阻式應(yīng)變計(jì)（每組2個(gè)應(yīng)變計(jì)，分別測試煤樣縱向和徑向應(yīng)變），試驗(yàn)后取其平均值進(jìn)行分析。具體測試方法如下：1)安裝試件。將安裝好應(yīng)變計(jì)的煤樣安放在樣品罐內(nèi)，連接管線和應(yīng)變、壓力測試設(shè)備。2)抽真空。開啟真空泵對吸附罐和整個(gè)管路系統(tǒng)抽真空8h以上，確保將煤樣、系統(tǒng)中的空氣和水分抽凈。3)樣品罐及管路自由空間體積測定。采用氦氣測定煤樣裝入樣品罐后煤樣顆粒之間的孔隙、煤樣顆粒內(nèi)部

17、微細(xì)孔隙、樣品罐剩余的空間、連接管和閥門內(nèi)部空間的自由空間體積。4)再次抽真空。在排出系統(tǒng)內(nèi)氦氣之后，再次對系統(tǒng)進(jìn)行抽真空1h左右，確保將煤樣孔隙中的殘留氦氣抽凈。5)吸附試驗(yàn)。按照加壓—平衡—加壓的過程，逐級提高瓦斯壓力，測試煤樣在不同瓦斯壓力條件下吸附平衡時(shí)的吸附量和應(yīng)變。6)解吸試驗(yàn)。按照降壓—平衡—降壓的過程，逐級降低瓦斯壓力，測試煤樣在不同瓦斯壓力條件下解吸平衡時(shí)的解吸量和應(yīng)變。需要說明的是，每一步操作，都必須待瓦斯壓力和應(yīng)變

18、均平衡后才能進(jìn)行后續(xù)操作。3試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)結(jié)果及分析試驗(yàn)獲得的等溫吸附、解吸曲線，以及體應(yīng)變—瓦斯壓力關(guān)系曲線如圖4所示。圖4不同煤樣的試驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)有研究成果表明，煤巖在等溫情況下不同瓦斯壓力的吸附解吸變形現(xiàn)象，基本上符合Langmuir等溫吸附方程[121420]：q=abp(1bp)(1)ε=ABp(1Bp)(2)式中：q為吸附平衡時(shí)吸附瓦斯量，m3t；a為在參考壓力下的極限吸附量，m3t；p為自由瓦斯壓力（孔隙壓），MPa；b為