不同激励源对煤析出气体及煤吸附气体对瓦斯突出的影响

摘要

煤与瓦斯突出是煤矿开采中复杂的动力现象，严重制约着煤矿的生产安全。目前，国内外学者对突出机理做了大量研究，普遍认为该突出是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性能等综合作用引起的，即综合作用假说。
　　本文以此假说为基础，设计并制作了不同激励源激励煤析出瓦斯的实验平台及煤与瓦斯突出模拟实验系统。主要进行了以下两部分内容的研究:不同激励源对煤析出瓦斯的影响及各气体对煤与瓦斯突出强度的影响，为预防井下煤与瓦斯突出提供实验数据。所有用于实验的试样均被密封保存且其体内吸附气体已抽放干净。
　　第一部分主要研究了电磁激励源、热激励源作用于不同粒度及不同含水率煤样时的气体析出。通过采用红外分析仪、光纤传感器(CH4、CO2、CO、H2S)分别定性及实时定量在线检测实验过程中析出瓦斯气体的主要成分及含量。主要结果如下:
　　(1)在电磁激励源及热激励源作用下，无烟煤会析出瓦斯气体，析出气体的主要成分为CH4、CO2、 CO、H2O，析出气体后的试样较作用前的煤样粒度变小且分布更加均匀。电磁激励下的煤析出气体量远高于热源激励。
　　(2)煤样粒度对煤析出瓦斯有一定的影响。随着煤样粒度的减小，析出各气体含量都先保持平稳趋势后增加，最后下降。
　　(3)煤样含水率对煤析出气体有较大的影响，随着煤中水分含量的增加，煤析出气体的含量减少。
　　第二部分主要研究了不同种类吸附气体及其所处状态对煤与瓦斯突出强度的影响，及向已吸附瓦斯的无烟煤注入氮气对煤与瓦斯突出的作用，用突出后煤粉的含量的变化来反映瓦斯突出的强度。得到如下主要结果:
　　吸附气体的释放对试样具有粉碎作用，可以由此定性评价各类气体及状态对煤与瓦斯突出的作用程度。
　　(1)在相同的吸附温度、压力及吸附时间的条件下，吸附气体中CH4含量越高，突出后形成的细粉含量越高。
　　(2)气体所处状态对瓦斯突出强度有一定的影响。在一定的吸附温度及吸附时间下，当甲烷由亚临界状态变为超临界状态时，煤吸附高浓度甲烷突出后形成的细粉含量迅速增加。
　　(3)煤样粒度对煤析出瓦斯有一定的影响。在一定的吸附温度及吸附时间下，吸附相同气体时，煤样粒径越小，突出后形成的细粉含量越多，煤与瓦斯突出强度越大。
　　(4)在一定的吸附温度及吸附时间下，当煤吸附99％CH4后注入氮气较只吸附99％CH4，快速卸压后形成的细粉含量要少，说明氮气的注入影响了煤对瓦斯的吸附量且减小了瓦斯突出强度。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 瓦斯突出机理的国内外研究现状

1．3 瓦斯突出的影响因素

1．3．1 地应力场

1．3．2 煤体的理化性质

1．3．3 瓦斯压力

1．4 瓦斯突出的防治措施

1．5 本文的研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究的主要内容

第二章 实验方案设计及实验平台的搭建

2．1 影响瓦斯析出因素的选定

2．2 电磁辐射频率和强度的选择

2．3 温度区间的选择

2．4 煤样粒度的选取

2．5 检测方法的选择

2．5．1 气体成分的鉴别方法选择

2．5．2 主要气体的在线检测方法

2．6 电磁场和热为激励源时实验装置的设计与制作

2．6．1 各部分的设计要求

2．6．2 选型、选材与制作

2．6．3 装置示意图

2．6．4 各部分的功能介绍

2．7 气体吸附装置的要求与定制

2．8 本章小结

第三章 电磁场作用下，煤样水分及粒度对煤析出瓦斯的影响

3．1 实验仪器与材料

3．2 实验内容

3．2．1 实验原理及预试验

3．2．2 无烟煤原始煤样水分的测定

3．2．3 不同粒度煤样的制备

3．2．4 不同水分含量煤样的制备

3．2．5 测试过程

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 煤样在电磁辐射下析出气体的红外吸收光谱

3．3．2 煤样粒度对煤析出瓦斯含量的影响

3．3．3 电磁辐射作用下水分对煤析出瓦斯的影响

3．4 本章小结

第四章 温度对煤析出瓦斯的影响

4．1 实验仪器与材料

4．2 实验内容与测试过程

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 不同温度下煤样析出瓦斯气体的红外吸收光谱

4．3．2 不同作用温度对煤析出瓦斯的影响

4．3．3 加热对煤样粒度的影响

4．4 本章小结

第五章 煤吸附的气体对瓦斯突出的影响

5．1 实验仪器与材料

5．2 实验内容

5．2．1 预试验

5．2．2 吸附气体的选择

5．2．3 控制压力的确定

5．2．4 操作过程要求

5．2．5 测试过程

5．2．6 实验结果的表示方法

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 吸附气体种类对瓦斯突出的影响

5．3．2 煤吸附高浓度甲烷释放后的状态变化

5．3．3 不同粒度煤样对瓦斯突出模拟结果的影响

5．3．4 注入N2对模拟瓦斯突出强度的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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