环境气压对废弃矿井遗煤吸附瓦斯特性影响

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由于各种原因,我国越来越多的煤矿被关闭,成为废弃矿井,矿井废弃后,井下仍赋存大量瓦斯资源可供开发利用。废弃矿井中瓦斯资源主要以遗煤中吸附瓦斯和空隙中游离瓦斯两种形态存在。遗煤在矿井生产及废弃后所处的环境气体压力不断变化,从而影响吸附态瓦斯。为了研究环境气体压力的变化过程对遗煤吸附瓦斯的影响规律,为准确建立废弃矿井遗煤吸附态瓦斯资源计算模型提供依据,本文分析了废弃矿井遗煤所处环境气体压力演变过程,并以此为基础,从瓦斯压力及吸附特性角度将遗煤分为“散煤型”遗煤和“煤柱型”遗煤两种典型类型。根据遗煤气体压力变化规律,研制了可模拟遗煤所处环境气体压力变化的装置,并对沁水盆地晋城矿区3号煤层煤样在不同类型遗煤所处环境气体压力演变过程分别模拟测试,实验结果表明:散煤型遗煤在瓦斯剧烈补给和缓慢补给条件下的甲烷吸附均存在快速吸附段、过渡段和缓慢吸附三个阶段;剧烈补给条件下,瓦斯吸附速率随吸附平衡压力的升高而增大;吸附率相同时,吸附平衡压力低的煤样耗时比吸附平衡压力高的煤样长,最大时间差值为5h;瓦斯缓慢补给条件下,随着环境气体压力的升高,煤样甲烷吸附量和吸附速率均呈减小趋势,环境气体压力越高,达到相同甲烷吸附率耗时越长。在0.52.5MPa环境气体压力区间,剧烈补给条件下甲烷吸附量均小于缓慢补给条件下吸附量,两种条件下吸附量最大差异达19.5%,随环境气体压力的升高吸附量差异逐渐减小,当环境气体压力大于2.5MPa后,剧烈补给型条件下甲烷吸附量和缓慢补给条件下吸附量趋于相等;“煤柱型”遗煤模拟测试结果表明,随着环境气体压力的降低,吸附量降低幅度逐渐增大,单位压降条件下的吸附量由最小的0.24ml·g-1·0.1MPa-1增至最大2.375ml·g-1·0.1MPa-1;煤柱型遗煤吸附量由最终环境气体压力决定,受煤层初始吸附瓦斯压力影响较小。尽管最终环境气体压力相同,但由于散煤型遗煤和煤柱型遗煤所处环境气体压力演变过程不同,两种遗煤的甲烷吸附量存在一定差异;煤柱型遗煤与剧烈补给条件的散煤型遗煤的甲烷吸附量在环境气体压力0.81.2MPa之间差值较大,最大达到2.347ml·g-1;煤柱型遗煤与缓慢补给条件下散煤型遗煤的甲烷吸附量在环境气体压力01MPa间相差较小,当环境气体压力大于1MPa后,差值逐渐增大。因此,在建立遗煤瓦斯储量模型时,应考虑遗煤类型,若为散煤型遗煤时,还应考虑瓦斯补给强度的影响。
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