兖州矿区3~#煤对井下气体吸附特性的实验研究

论文摘要

我国56%的矿井开采易自燃煤层,自然发火率近年来虽然有所下降,但仍居高不下。矿井火灾是矿井发生的重大灾害之一,火灾的发生与发展不仅影响安全生产和周围环境,而且极易引起瓦斯、煤尘爆炸。随着采深的不断增加,矿压增大,使煤巷壁与煤柱极易破碎,矿井的煤炭自然发火危险性增大,早期预测预报技术是预防和超前治理煤炭自燃的重要手段。但在实践中发现,由于煤对各种气体存在一定的吸附性,造成气体分析的数据与火灾发展阶段性指标气体浓度不符,影响了早期预测预报的准确性。因此,研究煤对井下有害气体的吸附规律,对煤的预测预报的准确性和煤层气的开采有较大的意义。对于煤的吸附特性,人们进行了大量的研究,主要集中在煤对CH4的研究上,而对于煤对N2、CO2、C2H4、C2H6等其它气体的吸附研究很少。本文首先对兖州矿区的煤样进行了工业分析,得出了水分、灰分、挥发分和煤吸附井下气体能力之间的关系。然后采用WY-98A型吸附常数测定仪研究了煤吸附井下气体的特性及规律,得出了描述煤对CH4、N2、CO2、C2H4、C2H6这五种气体吸附行为的方程;最后由吸附等温线,得出了煤对CH4、N2、CO2、C2H4、C2H6这五种气体吸附量的大小关系以及温度对其吸附能力的影响。研究表明:压力小于3Mpa时,吸附量随压力的增大呈线性的增长,随后吸附速度不断的衰减,当压力达到5Mpa时,煤对井下气体的吸附能力达到饱和;煤对井下气体吸附量的大小关系为C2H6>CO2>CH4>N2≈C2H4;煤对煤层中纯组分的吸附都属于Ⅰ型,所以煤对有害气体的吸附行为可以用Langmuir方程来进行描述。研究结果对于解决矿井瓦斯灾害问题以及进一步提高预测预报煤矿自燃的准确率具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 煤层气吸附的研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 研究方法和技术路线
• 2 煤层气吸附理论基础和影响煤吸附能力因素
• 2.1 煤层气吸附的理论基础
• 2.1.1 煤层气吸附甲烷机理及模型
• 2.1.2 煤吸附甲烷的热力学特征
• 2.1.3 煤对多组分气体的吸附
• 2.1.4 煤对高压气体的吸附
• 2.2 影响煤吸附能力的主要因素
• 2.2.1 温度的影响
• 2.2.2 压力的影响
• 2.2.3 煤的宏观煤质特征的影响
• 2.2.4 煤的岩相特征的影响
• 2.2.5 煤的组成和结构特征的影响
• 2.2.6 多组分气体对吸附能力的影响
• 2.2.7 地质条件对吸附能力的影响
• 2.2.8 其他条件对吸附能力的影响
• 2.3 本章小结
• 3 煤样的工业分析
• 3.1 煤样的采集和制备
• 3.1.1 煤样的采集
• 3.1.2 煤样的制备
• 3.2 煤样的水分测定
• 3.3 煤样的灰分测定
• 3.4 煤样的挥发分测定
• 3.5 煤样的真密度测定
• 3.6 煤样的视密度测定
• 3.7 本章小结
• 4 煤对气体吸附特性的实验研究
• 4.1 实验设备
• 4.2 实验原理
• 4.3 实验方法
• 4.4 平衡水分含量的定义和测试方法
• 4.5 实验结果
• 4.6 结果分析
• 4.6.1 吸附等温线
• 4 模型的研究'>4.6.2 煤吸附CH₄模型的研究
• 2，N₂，C₂H₄，C₂H₆ 模型的探讨'>4.6.3 煤吸附CO₂，N₂，C₂H₄，C₂H₆模型的探讨
• 4.6.4 吸附模型的拟合
• 2H₆ 的影响'>4.6.5 温度对煤吸附C₂H₆的影响
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录