常温常压下煤对CO吸附及解吸特性研究

摘要

矿井在正常开采过程中,回采工作面上隅角或采空区内常会出现CO浓度偏高现象,这些CO大部分来自于煤体氧化产生,但也有些煤矿CO可能来自于煤系地层赋存的煤体内,这部分CO在开采过程中可能解吸出来进入采场空间内。无论是来自于煤体自然氧化产生的CO还是煤体解吸的CO都会给矿井安全生产带来一定的影响,关于煤系地层中赋存的CO的报导及研究已经有很多但常温常压下煤吸附及解吸CO特性研究较少,该问题的研究对了解煤系地层赋存CO及指导矿井安全生产有着重要意义。
　　本文通过研究煤对单一CO气体及CO多元混合气体吸附及解吸实验,得出了不同粒径及不同变质程度的煤对CO吸附及解吸特性的影响规律。根据实验结果,得出煤对CO吸附及解吸的一般规律:随着煤样粒径的增加,煤吸附CO的量出现先减小后增加的趋势,不同粒径煤样解吸单一CO的实验结果显示解吸CO量q和粒径r具有关系为q=m1em2r;常温常压下同一煤样对各个气体的吸附量具有CO2>CO>CH4>N2的关系;随着煤样变质程度的加深,煤样对单一CO的吸附量呈现先增加后减少的趋势并在中变质程度时达到最大吸附值,随着煤的变质程度的加深煤样对单一CO的初始吸附速率有着先增大后减小的趋势;挥发分Vad在10％~30%范围内各煤样对单一CO的吸附量和解吸量随着挥发分Vad的增加有着先增加后减小的趋势;各煤样吸附及解吸单一CO量与煤的过渡孔及微孔体积之和呈正相关关系。煤的外在改变因素对煤吸附及解吸CO有着重要的影响:在常温变化范围内,煤对CO的吸附量与温度呈负相关关系而煤对CO的解吸量与温度呈正相关关系;在常压变化许可范围内,煤吸附CO的量与压力有着正相关关系而煤对CO的解吸量与压力呈负相关关系;煤样含水率与煤吸附及解吸CO量呈负相关关系。
　　通过实验分析知,CO2及N2具有“驱赶”CO的作用。回采工作面的煤暴露于含有大量N2的空气中,煤对N2的吸附会使得刚暴露于空气中煤体内赋存的CO进一步解吸,解吸的CO随着回风流积聚到回采工作面上隅角,使得回采工作面上隅角CO浓度进一步升高;若采空区发生自燃,CO2浓度偏高,煤对CO2的吸附会促使煤对CO进一步解吸,使得采空区内自然发火初期CO浓度急剧增加。

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1绪论

1.1选题背景及意义（Topic Background and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status of Domestic and Overseas）

1.3研究内容技术路线（Research Contents and Technical Course）

2煤对气体的吸附及解吸理论

2.1煤产生CO机理( CO Generation Mechanism of Coal)

2.2煤的固气作用机理(The Mechanism of Gas and Solid on Coal)

2.3 煤对气体的吸附及解吸机理(The Adsorption and Desorption Mechanism of Gas on Coal)

2.4 煤对气体吸附的数学模型(The Mathematical Model of Gas Adsorption on Coal)

2.5 CO的解吸及扩散类型(The Desorption and Diffusion Types of CO)

2.6本章小结(Chapter Summary)

3实验方案及实验系统

3.1实验设备(Experimental Equipment)

3.2煤样的选取(Selection of Coal Samples)

3.3实验方法(Experimental Method)

3.4本章小结(Chapter Summary)

4常温常压下粒径对煤吸附及解吸CO实验及分析

4.1实验煤样制备(The Preparation of Experimental Coal Samples)

4.2煤的粒径对CO吸附特性影响研究(Study on the Influence of Coal Particle Size on CO Adsorption )

4.3煤的粒径对CO解吸特性影响研究(Study on the Influence of Coal Particle Size on CO Desorption)

4.4本章小结(Chapter Summary)

5常温常压下变质程度对煤吸附及解吸CO实验及分析

5.1实验煤样制备(The Preparation of Experimental Coal Samples)

5.2 不同变质程度煤样压汞实验及分析(Mercury injection Experiment and Analysis of Different metamorphic grade coal samples)

5.3煤的变质程度对CO吸附特性影响研究( Study on the Influence of Metamorphic Grade Coal Samples on Pure CO Adsorption)

5.4 煤的变质程度对 CO 解吸特性影响研究( Study on the Influence of Coal Metamorphic Degree on CO Desorption Characteristics)

5.5挥发分含量对煤吸附及解吸CO的特性影响( Influence of coal Volatile Content on CO Adsorption and Desorption Characteristics )

5.6本章小结(Chapter Summary)

6常温常压下外在影响因素对煤吸附及解吸CO特性的影响

6.1 温度及压力对 CO 吸附及解吸特性的影响(Effects of Temperature and Pressure On CO Coal Adsorption and Desorption Characteristics)

6.2 煤样含水率对煤样吸附及解吸 CO 特性的影响(Moisture Content Effect on the CO Adsorption and Desorption Characteristics of Coal Samples)

6.3本章小结(Chapter Summary)

7结论及展望

7.1主要结论(Main Conclusions)

7.2本文创新之处(Innovations of the Thesis)

7.3工作展望(Prospects of Future Research)

参考文献

作者简历

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