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高压吸附下的瓦斯放散初速度研究

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高压吸附下的瓦斯放散初速度研究 第35卷 第9期 煤 矿 安 全 2004年9月 ·试 验 花开究 · 高压吸附下的瓦斯放散初速度研究 曹应林 (煤炭科学研究总院抚顺分院,辽宁抚顺113001) 摘 要:实验中将常压吸附改为高压吸附,并适当改变其它实验参数,利用抚顺分院在国家“十 五”攻关中研制的仪器对煤样0--60 s内的放散速度规律进行研究,计算其放散量、曲线变化率、 放散初速度和衰减规律,进而提出更合理、更全面、物理意义更明确的突出预测指标。 关健词:高压吸附;放散初速度;实脸参数 中图分类号:TD71...

高压吸附下的瓦斯放散初速度研究
第35卷 第9期 煤 矿 安 全 2004年9月 ·试 验 花开究 · 高压吸附下的瓦斯放散初速度研究 曹应林 (煤炭科学研究总院抚顺分院,辽宁抚顺113001) 摘 要:实验中将常压吸附改为高压吸附,并适当改变其它实验参数,利用抚顺分院在国家“十 五”攻关中研制的仪器对煤样0--60 s内的放散速度规律进行研究,计算其放散量、曲线变化率、 放散初速度和衰减规律,进而提出更合理、更全面、物理意义更明确的突出预测指标。 关健词:高压吸附;放散初速度;实脸参数 中图分类号:TD713+ .1 文献标识码:A 文章编号:1003一496X(2004)09一0004一03 Study on Initial Speed of Methane Diffusion in the Condition of High Pressure Absorption CAO Yao一lin (Fushun Branch of China Coal Research Institute,Liaoning Fushun 113001) Abstract: Normal pressure is changed into high pressure in laboratory, meanwhile other parameters can be properly corrected ,diffu- sion speed law of coal samples within 0一60s is studied by using the device which was developed by Fushun Branch of CCRI in "the tenth five一year plan”project,its diffusion rate ,curve changing rate, initial speed of diffusion and attenuation law is calculated, thus proposing more reasonable, more complete and clearer in physical meaning outburst prediction index. Key words: high pressure absorption; initial speed of diffusion;laboratory parameters 1 概 况 煤的瓦斯放散初速度指标是煤自身的煤质指标 之一, 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征了煤的微观结构。它不仅反映了煤的放 散瓦斯能力,还反映出瓦斯渗透和流动的规律,在突 出区域预测中起着重要的作用。突出煤体处于原始 高压瓦斯吸附饱和状态时,积蓄着高压瓦斯潜能。 当外力的作用突然揭开煤层时,煤体内大量瓦斯在 压力梯度的作用下,短时间内从煤内部高压区向采 掘空间低压区放散出来,瓦斯潜能得到释放。煤的 这种放散瓦斯的能力大小与突出的发生有直接关 系。我国一直采用瓦斯放散初速度指标△P来对煤 的这种能力进行评价,并结合煤的坚固性系数f,形 成新的综合指标K=oPIf,在区域预测中被广泛 采用,取得了很好的效果。但在长期的现场实践过 程中,有一些缺点也随之暴露出来了。 (1)该指标表示常压下吸附后10.60 s的瓦斯 放散量,没有考虑0一10 s的放散量。近年来抚顺 分院对沈阳、铁法、北票、焦作、平顶山矿区的煤样的 放散特性进行专门的考查测定,发现有些煤样在常 ·4 · 压下吸附后,op值虽很小(266 Pa),但60s的解吸 量却很大,这是由于煤中大量瓦斯已在头10s内大 量释放造成的。统计证明,约50%以上的突出均在 煤体暴露后lo s内发生的,因此前10 S的瓦斯放散 规律尤其重要。有的煤样△p0-6。很大,可它在前 10s内就放散了其中的80%,而△Pt0-6。反而很小, 很容易出现漏报、误报,酿成事故。 (2)Ap测定过程中,当吸附瓦斯向真空空间放 散时,其真空空间的体积和压力是不断变化的。即 其过程是一个变容变压的解析过程,充气压力为 101.3 kPa,放散空间为真空,这与实际突出时的大 气环境是不一致的。不能反映现场煤样0--60,内 的实际放散速度、衰减变化情况,因此物理意义不够 明确。 2 实验参数的选择 瓦斯放散速度测试过程可以看作是实际突出过 程中瓦斯放散的一种实验室模拟,故选择合理的试 验参数至关重要。选择参数的原则是在实验误差在 允许范围内的情况下尽可能简化实验过程、简化测 万方数据 第35卷第9期 煤 矿 安 全 2004年9月 量仪器的结构。 根据改进的实验参数,研制了WT一2000型瓦 斯放散速度测定仪。该仪器利用先进的计算机、传 感器、工业监控技术,实现自动化操作,对瓦斯放散 量、放散速度进行连续监控。煤样罐通过阀门分别 与真空泵、甲烷钢瓶、流量传感器相连。 2.1 充气压力和放散压力 目前我国放散速度测定行业标准中采用的充气 压力为101.3 kPa,放散压力为0,即常压下充气后 向真空空间放散。而实际突出的过程中,解析出的 高压瓦斯向近视常压的采掘空间放散。本仪器将放 散空间压力设为常压;充气压力设为最小突出压力 0.74 MPa,使试验环境与实际突出保持一致,更加 明确了指标的物理意义。 2.2 脱气时间 在煤样的放散实验之前,应将煤样内的吸附气 体全部脱去。试验煤样选取潘一矿东三采区总回风 巷一504 m石门煤样,在充气时间7h、脱气时间不 同的情况下,测定其60 s内放散量(如表 1)。可以 看出,在脱气时间90 min时,测定的60 s放散量已 达到脱气180 min测值的99.796,在允许误差范围 以内。因此选择脱气时间为90 mine 2.4 煤样杜度 当吸附瓦斯开始解析时,煤粒中的吸附瓦斯变 为游离态并通过相互连通的孔隙向外部低压区运 移。对同一煤样其运移平均距离越长,放散初速度 越大。即煤粒度大小与放散初速度密切相关。同 样,粒度的选择也采用实验的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 确定。取无烟煤 1一3 mm,其它煤种:0.15一0.25,0.25一0.5,3一5 的粒度,脱气90 min、充气 90 min后再测定3 min 内的放散量曲线,如图1所示。可以看出,在前60 s,0.25---0.5 mm粒度煤样曲线变化率较大,60 s以 后基本呈直线状;3一5 mm的粒度的煤样曲线在3 min以后基本呈直线状。因此选用0.25-0.5 mm 的粒度是比较合适的。 2.5 放散时间 由于采用传感器读数,没有了水银柱读数时上 下波动,从第0,开始读数成为可能。由图2可以 看出,采用0.25-0.5 mm的粒度的煤样进行实验 时,放散曲线的特征段均在0-60s内,在60 s以后 基本呈直线状。因此放散测定时间定为0-60 so 3--5 口..一一.一 .卫二兰二立乏 0.15~0.2! ? ? ? ? ???? ? ? ? ? 表1 淆一矿东三采区总回风巷一504 m石门煤样 脱气时间效果对比表 脱气时间//min 60 s放散A /mL 占脱气180 min 测值的百分比 60 90 120 180 2 时间/min 1.9 86.3 2.17 2.194 2.198 2.201 98.6 99.7 99.9 100.0 2.3 充气时间 充气时间越长,煤对瓦斯的吸附越充分,越接近 吸附饱和状态。我们选取潘一矿东三采区总回风巷 一504 m石门煤样,在脱气7h、充气时间不同的情 况下,分别测定其60 s内放散童,如表2。可以看 出, 裹2 潜一矿东三采区总回风巷一504 m石门煤样 充气时间效果对比裹 充气时间/min 60,放徽t /mL 占充气180 min 测值的百分比 90 120 180 1.9 86.1 2.1756 2.198 2.201 2.206 98.6 99.6 99.8 100.0 充气时间90 min时测定的60 s放散量已达到脱气 180 min测值的99.696,在允许误差范围以内。因 此选择充气时间为90 min. 图1 不同粒度煤样放散量曲线 对放散初速度测定程序和测定参数进行改进以· 后,充气压力由0. 1 MPa改变为0.74 MPa;放散空 间由真空改为常压;由变容变压式改为等容等压(或 近似等压)式;测定时间由10---60。改为0-60s,这 样实验过程和实际突出的环境更为接近,其测定指 标物理意义会更加明确。 3 商压吸附下放散速度测定实验装备 根据改进的实验参数,研制了WT一2000型瓦 斯放散速度测定仪。该仪器利用先进的计算机、传 感器、工业监控技术,实现自动化操作,对瓦斯放散 量、放散速度进行连续监控。煤样罐通过阀门分别 与真空泵、甲烷钢瓶、流量传感器相连。 4 数据分析 利用新的实验装备,采用了新的实验参数对阳 .5 . 万方数据 第35卷第9期 煤 矿 安 全 2004年9月 泉新三矿、本溪彩屯矿、邢台显德汪矿、徐州张集矿、 焦作九里山矿、演马庄矿、沈阳红阳三矿、宁夏太西 集团汝箕沟矿、乌兰矿、淮南潘一矿、谢一矿等各突 出煤层的煤样进行了分析实验,同时用传统方法测 定其△P与了值。其中,有4个煤样取自突出现场。 实验时每个煤样均采用2个平行试样,对每一组平 行样同时测定了3个指标△P10-60(即10.60 s内 煤样所放散的瓦斯量)、} PO-60(即0一60 s内煤样 所放散的瓦斯量)和瓦斯放散速度曲线。凡是2个 试样放散量相差5%以上时均重新实验。典型实验 结果如图2所示。 研究发现,煤样的放散速度曲线比较符合公式: V=DI t一a 式中 V— 放散速度,mL/s; D1— 第is时的放散速度,mL/s; t— 时间,s; a— 衰减系数。 每个放散速度曲线共有120个点参加拟合。放 散量超过1.5 mL时,相关性较好,最高达0.987;但 是当放散量<1.5 mL时,相关性略差,降到0.9以 下。 将煤样实验结果进行数据拟合、分析后进行统 计。统计表明,从整体来看,Z}'pl。一60、 APO-6。基本 上保持正比关系,也就是表明它们整体上对突出预 测是等效的,此类煤样如图2(a)所示。但有些煤样 二者有很大区别,如:本溪彩屯矿、焦作演马庄矿、邢 台显德汪矿、徐州张集矿、青海省热水矿、宁夏乌兰 矿、昌盛煤矿。这些煤样在0-lo s放散量占0-60 s放散量的比例为40.23% -51.43%,如图2(b). 在头10。内曲线斜率大,lo s后曲线斜率变缓,表明 在头10s煤样已放散出所含的大部分瓦斯量。上 述煤样测定△P值出现异常这是由以下2个原因引 起的:一是微孔系统容积和比表面积大,导致了吸附 瓦斯量大;二是煤的渗透孔隙大,煤的孔隙率大,使 得有可能在极短的时间(10 s)放散出所含的大部分 瓦斯量。 a 10.00 7.50 5.00 2.50 0.00 2.00 50 .00 a 10.00 7.50 5.00 2.50 2.00 1.50 2 /1 1.00 0.50 二‘处二二二二日目.‘....‘ 0.00 10 20 30 40 50 60 L16 ( 0.00一下石 J二 20 30 40 1/s (b) 茹~瑞 0.00 1一放散A曲线;2一放散速度曲线 图2 各煤样实验结果示意 5 结 论 Ap0-60指标临界值的确定是一个长期的工作,还需 进一步开展研究工作。 从上述实验和分析中我们可以看出,实验参数 与测定时间改变后,试验环境与实际突出保持一致, 更加明确了该指标的物理意义。克服了测定△p值 出现的异常情况,提高了突出危险性预测中煤质指 标预测的准确率,减少了漏报、误报现象。由于 APO-60指标临界值的确定需要对大量煤样的实验 结果分析统计,特别需要来自突出现场的煤样,因此 作者简介:甘立林(1972-),男,1995年毕业于中国犷 业大学,现为煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯通风防灭火所 突出研究室主任,硕士生,长期从事瓦斯灾害防治科研技术 工作,甘发表论丈多篇。 (收稿日期:2004-06-06;责任编样:齐秀昆) ·6 . 万方数据
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