注水抑制瓦斯解吸微观机理及实验研究

摘要

以往关于水分对瓦斯解吸规律影响的研究多集中于常压水，不能很好地模拟煤层注水条件，而且多集中于对注水宏观现象的描述，对注水影响煤体解吸瓦斯的微观机理没有进行深入研究，为此，本文采用自主研发的高压注水煤层气恒温解吸试验台，研究高压注水对煤样瓦斯解吸特性的影响以及微观影响机理。通过煤层注水防治瓦斯、煤层瓦斯吸附解吸规律以及水分对瓦斯吸附解吸特性影响的理论分析。
　　首先对实验设备的组成和作用进行了介绍，并对高、中、低三种不同变质程度煤样的基础参数进行了测定，并选取了五种表面活性剂进行了不同比例的表面活性剂溶液的复配，通过对复配溶液的接触角和表面张力进行测定，选取出一种润湿效果最佳的表面活性剂溶液待用，然后分别进行了相同注水压力不同吸附平衡压力条件下、相同吸附平衡压力不同注水压力条件下、注纯水和注添加表面活性剂溶液条件下以及不同变质程度煤样相同注水条件下煤样瓦斯解吸对比试验，通过对不同加压注水条件下瓦斯累计解吸量和解吸速度等结果进行分析了各种压力水实验条件对瓦斯解吸规律的影响。
　　然后对上述实验得到的数据通过以往大量研究得出的七种解吸经验公式进行拟合分析，并将经验公式的计算值和实测数据进行误差对比分析，得出乌斯季诺夫式是描述高压注水影响瓦斯解吸规律的最佳拟合公式。
　　借助压汞实验和扫描电镜分别对干燥状态下和不同加压注水条件下煤样的孔隙特性参数进行测定并观察煤样的微观孔隙特征，结合宏观实验现象并通过对比分析得出了不同加压注水条件对煤样瓦斯解吸规律的影响机制;另外，结合孔隙尺度等微观角度理论分析了高压注水对煤样孔隙特征的改变从而影响宏观累计解吸量和解吸速度，并得出了注水对煤层瓦斯解吸起到抑制作用这一结论。
　　通过对该实验的理论和现实意义进行分析，该实验结果对于煤层注水防治瓦斯具有重要的意义，在经济和设备条件的允许下，尽可能的提高注水压力并在煤层注水的过程中加入接触角和表面张力尽可能小的表面活性剂溶液能有效降低瓦斯的放散初速度和释放量，这对于煤矿瓦斯灾害防治具有重要的理论和实践意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤层注水防治瓦斯研究现状

1．2．2 煤层瓦斯吸附解吸规律研究现状

1．2．3 水分对瓦斯吸附解吸特性的影响研究现状

1．3 研究目的及主要研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．3．3 研究思路

1．3．4 论文特色和创新点

2 实验装置及煤样的制备

2．1 实验装置

2．1．1 实验装置组成

2．1．2 实验装置作用

2．2 煤样的制备及基础参数的测定

2．2．1 煤样的工业分析

2．2．2 煤样瓦斯的吸附常数测定

2．2．3 煤样真相对密度测定

2．2．4 煤样罐内死空间的体积的标定

2．2．5 接触角及表面张力测定

2．3 本章小结

3 高压注水对瓦斯解吸特性影响的实验

3．1 概述

3．2 高压注水对瓦斯解吸特性影响的实验方法

3．3 高压注水对瓦斯解吸特性影响的实验结果分析

3．3．1 相同注水压力不同吸附平衡压力条件下煤样瓦斯解吸对比实验

3．3．2 相同吸附平衡压力不同注水压力条件煤样瓦斯解吸对比实验

3．3．3 注纯水和注添加表面活性剂溶液煤样瓦斯解吸对比实验

3．3．4 不同变质程度煤样相同注水条件瓦斯解吸对比实验

3．4 本章小结

4 高压注水煤样解吸规律回归及误差分析

4．1 概述

4．2 瓦斯总解吸量和解吸速度的回归经验公式

4．3 利用经验公式计算总解吸量和解吸速度的误差分析

4．4 本章小结

5 高压注水影响瓦斯解吸特性微观实验研究

5．1 概述

5．2 压汞实验测试不同实验条件下煤样子L隙特性参数

5．2．1 实验装置及过程介绍

5．2．2 不同注水压力下煤样孔隙特性参数对比分 析

5．3 扫描电镜观察不同实验条件下煤样子L裂隙微观结构

5．3．1 实验装置及过程介绍

5．3．2 不同注水压力下煤样微观孑L隙结构及对比分析

5．4 注水抑制瓦斯解吸微观力学机理分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果