亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        外加水分對軟硬煤瓦斯解吸特征影響研究

        2020-11-26 07:30:14陳海棟陳蒙磊肖知國安豐華
        工礦自動化 2020年11期
        關(guān)鍵詞:吸附平衡擴散系數(shù)煤樣

        陳海棟,陳蒙磊,肖知國,安豐華

        (1.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院, 河南 焦作 454003;2.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室-省部共建國家重點實驗室培育基地, 河南 焦作 454003)

        0 引言

        我國多數(shù)井田在開采過程中受地質(zhì)構(gòu)造影響較大。在構(gòu)造應(yīng)力作用下,煤體不僅會發(fā)生變形,而且會產(chǎn)生不同程度的動力變質(zhì)作用,從而在同一煤層會出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)差異性較大的軟硬煤[1-3]。目前,有關(guān)軟硬煤的研究主要偏重于從微觀結(jié)構(gòu)差異角度分析其吸附和解吸特性。文獻[4]認為軟煤表面更粗糙,且比硬煤擁有更復(fù)雜的表面孔隙結(jié)構(gòu)。文獻[5]認為軟煤比硬煤擁有更高的分形維數(shù)。文獻[6]認為軟煤微孔孔體積較為發(fā)育,有利于瓦斯的儲存,但構(gòu)成滲透容積的大孔、中孔及裂隙發(fā)育較少。文獻[7-8]認為軟煤較硬煤擁有更大的比表面積,軟煤吸附性能也更強。文獻[9]認為同等壓降條件下,軟煤比硬煤解吸量更大,軟煤的解吸速率更快,累計解吸量更多。文獻[10]分析了不同粒度軟硬煤吸附性能的差異性,認為隨著粒度的減小,軟硬煤吸附常數(shù)均增大,且增大的趨勢隨著粒度的減小而減小。文獻[11]認為軟硬煤孔隙結(jié)構(gòu)差異是導(dǎo)致瓦斯擴散速度和擴散系數(shù)隨粒徑變化而產(chǎn)生差別的根本原因。文獻[12]基于吸附層厚度理論,分析了軟硬煤吸附機理。

        除了原生微觀結(jié)構(gòu)會影響軟硬煤吸附和解吸特性外,外部環(huán)境的改變也會對其產(chǎn)生影響。近年來,水力沖孔、水力割縫、水力壓裂等水力化方法[13-14]被廣泛作為增透措施用于高瓦斯突出煤層強化抽采,從煤礦井下瓦斯抽采角度分析,外部環(huán)境中最重要的影響因素是外加水分。已有研究表明,外加水分會對瓦斯的解吸擴散特征產(chǎn)生較大影響[15-16]。文獻[17]認為隨著注水壓力的增加,最終瓦斯解吸率逐漸呈非線性規(guī)律衰減,在注水壓力達到一定極值后解吸率會保持穩(wěn)定。文獻[18]得出了外加水分對瓦斯解吸可起到抑制作用的結(jié)論。文獻[19]發(fā)現(xiàn)煤對瓦斯的吸附能力隨著煤中水含量的增加而減小,且煤中水含量越大,瓦斯解吸越慢。文獻[20]認為注水煤樣的解吸等溫線明顯處于干燥煤樣解吸等溫線上方。外加水分會對煤體瓦斯解吸產(chǎn)生較大影響,軟硬煤在不同外加水分條件下也會表現(xiàn)出不同的瓦斯解吸特征。

        綜上所述,外加水分會影響煤體瓦斯的解吸特征,而現(xiàn)有研究重點分析了軟硬煤微觀結(jié)構(gòu)差異對其瓦斯吸附解吸特征的影響,而對外加水分條件下軟硬煤的瓦斯解吸特征研究較少?;诖耍疚牟捎妹簩痈邏鹤⑺M實驗裝置開展不同外加水分條件下軟硬煤瓦斯解吸實驗,研究外加水分對軟硬煤瓦斯解吸特征的影響。

        1 高壓注水實驗

        1.1 實驗方法

        1.1.1 煤樣制備與基本物性參數(shù)測試

        實驗煤樣取自河南焦煤集團古漢山煤礦。該礦二1煤層由于受地質(zhì)構(gòu)造的影響,軟硬煤分層現(xiàn)象明顯。軟煤分層堅固性系數(shù)為0.21,硬煤分層堅固性系數(shù)為1.46。現(xiàn)場采集軟硬煤煤樣后放入密封袋,帶回實驗室分別對軟硬煤煤樣進行粉碎和篩選,制成粒徑為0.2~0.25 mm顆粒煤。將制作好的顆粒煤放入真空干燥箱中,在105 ℃環(huán)境中連續(xù)干燥8 h,裝入密封袋放至陰涼處備用。同時,對實驗煤樣的基本物性參數(shù)進行了測試,測試結(jié)果見表1。

        表1 實驗煤樣基本物性參數(shù)Table 1 Basic physical property parameters of experimental coal samples

        1.1.2 實驗儀器

        實驗儀器采用自主研制的煤層高壓注水模擬實驗裝置,裝置主要由真空脫氣模塊、吸附/解吸模塊、恒溫水浴模塊及高壓注水模塊等組成,如圖1所示。

        1.1.3 實驗方案與實驗過程

        選擇吸附平衡壓力為0.75,1.40,2.10,2.80 MPa,外加水分含量為0,10%(左右),20%(左右)開展軟硬煤瓦斯解吸正交實驗。

        具體實驗過程如下:

        (1) 煤樣抽真空:稱取質(zhì)量為60 g的干燥煤樣,放入煤樣罐中;開啟恒溫水浴,設(shè)定水浴溫度為40 ℃;啟動真空泵,對整個系統(tǒng)抽真空,抽真空時間不少于12 h。

        1-高壓CH4;2,5,6,9,15-閥門;3-參考罐;4,11,12,16-壓力表;7-真空泵;8-真空計;10-解吸儀;13-煤樣罐;14-恒溫水??;17-平流泵。圖1 煤層高壓注水模擬實驗裝置組成Fig.1 Composition of coal seam high pressure water injection simulation experimental device

        (2) 瓦斯吸附平衡:對煤樣罐充入純度為99.999%的CH4,進行瓦斯吸附平衡,吸附平衡時間不少于12 h,記錄吸附平衡壓力及溫度。

        (3) 對煤樣進行高壓注水:將一定量的蒸餾水倒入燒杯中并稱重,記為m1;利用平流泵將燒杯中的蒸餾水注入煤樣罐中;設(shè)定注水壓力比吸附平衡壓力大1 MPa,注水流量為2 mL/min,根據(jù)煤樣質(zhì)量及所設(shè)定需注入的外加水分含量確定注水時間。

        (4) 外加水分含量的確定:注水結(jié)束后,稱量燒杯及剩余蒸餾水的質(zhì)量,記為m2;所注入水的質(zhì)量即為m1-m2;根據(jù)煤樣質(zhì)量及所注入水的質(zhì)量確定外加水分含量。

        (5) 注水后的瓦斯吸附平衡:注水結(jié)束后,繼續(xù)對煤樣罐進行瓦斯吸附平衡,直至煤樣罐壓力表讀數(shù)不再變化。

        (6) 煤樣解吸:打開煤樣罐出氣口閥門,當(dāng)壓力表讀數(shù)為0時,立刻連接解吸儀進行瓦斯解吸,記錄瓦斯解吸量、溫度及大氣壓力。

        1.2 實驗數(shù)據(jù)處理

        為使實驗數(shù)據(jù)具有可比性,需將實驗過程中所記錄的解吸量換算成標(biāo)準狀態(tài)下的解吸量,換算公式為

        (Pa-9.81hw-PS)×Q′(t)

        (1)

        式中:Q(t)為標(biāo)準狀態(tài)下t時刻瓦斯累計解吸量,mL/g;T1為實驗過程中解吸儀量筒內(nèi)溶液的溫度,℃;Pa為大氣壓,Pa;hw為實驗過程中所測定的解吸儀量筒液面高度,mm;Ps為溫度為T1時的飽和水蒸氣壓力,Pa;Q′(t)為室溫下t時刻所測定的瓦斯累計解吸量,mL/g。

        2 實驗結(jié)果分析

        由于實驗數(shù)據(jù)較多,鑒于篇幅限制,只列出吸附平衡壓力為0.75,2.80 MPa的實驗數(shù)據(jù)。

        2.1 外加水分對軟硬煤瓦斯解吸量的影響

        不同吸附平衡壓力、不同外加水分含量條件下軟硬煤瓦斯解吸實驗結(jié)果如圖2、圖3所示。

        (a) 吸附平衡壓力為0.75 MPa

        從圖2可看出,軟煤試樣在吸附平衡壓力為0.75 MPa,外加水分含量分別為0,10.68%和18.89%時,120 min內(nèi)瓦斯解吸總量分別為7.48,5.74,4.23 mL/g;外加水分含量從0增加至10.68%和18.89%時,瓦斯解吸總量分別減少27.3%和47.4%。吸附平衡壓力為2.80 MPa,外加水分含量從0增加至7.86%和20.76%時,瓦斯解吸總量分別減少33.69%和73.26%。

        (a) 吸附平衡壓力為0.75 MPa

        從圖3可看出,硬煤試樣在吸附平衡壓力為0.75 MPa,外加水分含量分別為0,10.74%和20.80%時,120 min內(nèi)瓦斯解吸總量分別為4.40,3.94,2.75 mL/g;外加水分含量從0增加至10.74%和20.80%時,瓦斯解吸總量分別減少10.45%和41.87%。吸附平衡壓力為2.80 MPa,外加水分含量從0增加至10.01%和20.58%時,瓦斯解吸總量分別減少11.33%和39.57%。

        根據(jù)前人已有的研究結(jié)果[21],軟煤的總孔容、總比表面積均比硬煤大數(shù)倍,說明軟煤吸附能力更強,且在瓦斯解吸時能提供更多的運移通道。所以,相同條件下,軟煤的瓦斯解吸量大于硬煤。此外,外加水分進入煤基質(zhì)后,會產(chǎn)生毛管阻力,阻礙瓦斯解吸[20],也就出現(xiàn)了圖2和圖3中出現(xiàn)的情況,即隨著外加水分含量的增大,軟硬煤的瓦斯解吸量均減小,外加水分對軟硬煤瓦斯解吸均起到了抑制作用。同時,由于軟煤的微孔孔容和比表面積大于硬煤,外加水分進入軟煤試樣后,形成的毛管阻力要遠大于硬煤,即外加水分對軟煤產(chǎn)生的解吸阻力更大,外加水分對軟煤瓦斯解吸抑制效應(yīng)強于硬煤。

        2.2 外加水分對軟硬煤瓦斯解吸速度的影響

        不同吸附平衡壓力、不同外加水分條件下軟硬煤瓦斯解吸速度的計算結(jié)果如圖4、圖5所示。從圖4、圖5可看出,不同吸附平衡壓力、不同外加水分含量條件下,軟硬煤的瓦斯解吸速度都是在初始時刻最大,隨著時間的延長而逐漸減小。由于軟煤試樣有更短的解吸路徑和更多的解吸通道,所以,在吸附平衡壓力相同、外加水分含量相近的情況下,軟煤瓦斯解吸速度始終大于硬煤;外加水分的進入減少了軟硬煤瓦斯解吸通道,隨著外加水分含量的增加,軟硬煤瓦斯解吸速度均呈減小趨勢。當(dāng)軟煤試樣解吸至20 min后,吸附平衡壓力及外加水分對解吸速度的影響較小,隨后,不同實驗條件下的瓦斯解吸速度大致相同。然而,對于硬煤試樣,該時間節(jié)點約延長至30 min。該結(jié)果也與前一節(jié)所分析的外加水分對軟煤瓦斯解吸抑制效應(yīng)強于硬煤相吻合。

        (a) 吸附平衡壓力為0.75 MPa

        (a) 吸附平衡壓力為0.75 MPa

        2.3 外加水分對軟硬煤擴散系數(shù)的影響

        擴散系數(shù)是表征外加水分對軟硬煤擴散能力影響的重要參數(shù),其計算公式為[22]

        (2)

        式中:Vt為t時刻瓦斯的累計解吸量,mL/g;V為t趨向于無窮大時,瓦斯的極限解吸量,mL/g;n為基數(shù)項數(shù);D為擴散系數(shù),m2/s;r0為煤顆粒平均半徑,m。

        對式(2)進行簡化[23],得

        (3)

        表2 軟硬煤瓦斯擴散系數(shù)計算值Table 2 Calculation values of gas diffusion coefficient of soft and hard coal

        3 結(jié)論

        (1) 外加水分含量、吸附平衡壓力相同時,軟煤瓦斯解吸量大于硬煤;隨著外加水分含量的增大,軟硬煤的瓦斯解吸量均減??;相同條件下,軟煤的瓦斯解吸量始終大于硬煤;外加水分對軟硬煤瓦斯解吸均起到了抑制作用,但對軟煤的瓦斯解吸抑制效應(yīng)強于硬煤。

        (2) 不同吸附平衡壓力、外加水分含量條件下,軟硬煤的瓦斯解吸速度都是在初始時刻最大,隨著時間的延長及外加水分含量的增加,呈現(xiàn)出減小趨勢;吸附平衡壓力相同、外加水分含量相近的情況下,軟煤瓦斯解吸速度始終大于硬煤。

        (3) 吸附平衡壓力、外加水分含量對軟硬煤瓦斯擴散系數(shù)影響顯著;吸附平衡壓力相同、外加水分含量相近的情況下,軟煤的擴散系數(shù)大于硬煤;同一吸附平衡壓力下軟硬煤的瓦斯擴散系數(shù)均隨著外加水分含量的增大而減小。

        猜你喜歡
        吸附平衡擴散系數(shù)煤樣
        預(yù)氧化對煤比表面積及孔徑分布影響的實驗研究
        煤礦安全(2020年10期)2020-11-02 08:27:50
        突出煤樣孔徑分布研究
        煤(2019年4期)2019-04-28 06:51:38
        玉米秸稈生物炭對五氯苯酚吸附行為及吸附動力學(xué)研究
        談?wù)劽簶又苽渲袘?yīng)注意的問題
        干燥及飽和含水煤樣超聲波特征的實驗研究
        基于Sauer-Freise 方法的Co- Mn 體系fcc 相互擴散系數(shù)的研究
        上海金屬(2015年5期)2015-11-29 01:13:59
        FCC Ni-Cu 及Ni-Mn 合金互擴散系數(shù)測定
        上海金屬(2015年6期)2015-11-29 01:09:09
        多組分氣體吸附平衡預(yù)測的探究
        偏二甲肼水溶液在3A分子篩上的吸附平衡與動力學(xué)研究
        非時齊擴散模型中擴散系數(shù)的局部估計
        热久久网站| 日本精品αv中文字幕| 色妞www精品视频| 免费二级毛片在线播放| 给我播放的视频在线观看| 日韩在线精品视频一区| 啦啦啦中文在线观看日本| 性一交一乱一伦| 国产高清天干天天视频| 久草中文在线这里只有精品| 中文字幕精品一区二区精品| 久久久久99精品成人片试看| 日日噜噜夜夜狠狠2021| 国产成人精品一区二区不卡| 亚洲av无码国产精品色午夜字幕| 精品爆乳一区二区三区无码av| 国产成人一区二区三区高清| 亚洲乱码中文字幕三四区| 久久久久人妻精品一区三寸| 免费现黄频在线观看国产| 亚洲国产高清在线视频| 成人免费av色资源日日| 偷偷色噜狠狠狠狠的777米奇| 四虎永久免费影院在线| 国产蜜臀精品一区二区三区| 激情五月婷婷一区二区| 香蕉久久福利院| 亚洲午夜看片无码| 一本久道久久丁香狠狠躁| 色综合久久精品亚洲国产| 香蕉色香蕉在线视频| 亚洲成生人免费av毛片| 一边摸一边抽搐一进一出口述| 国产久热精品无码激情| av手机天堂| 久久综合久久综合久久| 岳好紧好湿夹太紧了好爽矜持| 纯肉无遮挡H肉动漫在线观看国产| 神马不卡影院在线播放| 国内精品久久久久影院优| 成人天堂资源www在线|