【摘 要】
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刘庄矿井田内13-1煤层资源丰富,是矿井主采层和煤层气开发层,也是煤与瓦斯突出煤层。由于剪切力和构造压力同时作用,导致13-1煤层的渗透性相对较差,瓦斯移动难度大,容易聚集瓦斯,且煤层整体强度较弱,增加了突出的危险。目前对13-1煤的吸附解吸特性的研究鲜有报道,对矿井瓦斯综合治理和煤层气开发效果具有一定制约性,为了防止13-1煤层瓦斯灾害事故和瓦斯资源的有效利用,本文以“刘庄矿13-1煤吸附解吸特
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刘庄矿井田内13-1煤层资源丰富,是矿井主采层和煤层气开发层,也是煤与瓦斯突出煤层。由于剪切力和构造压力同时作用,导致13-1煤层的渗透性相对较差,瓦斯移动难度大,容易聚集瓦斯,且煤层整体强度较弱,增加了突出的危险。目前对13-1煤的吸附解吸特性的研究鲜有报道,对矿井瓦斯综合治理和煤层气开发效果具有一定制约性,为了防止13-1煤层瓦斯灾害事故和瓦斯资源的有效利用,本文以“刘庄矿13-1煤吸附解吸特性实验研究”为题。将实验研究和理论分析相结合,研究了 13-1煤的孔隙结构特征,并从吸附静力学、热力学以及解吸动力学角度分析了实验条件下13-1煤吸附解吸特性,为刘庄矿13-1煤层气开发及井下瓦斯治理提供相应理论和技术支撑。(1)利用扫描电镜和压汞实验得出了 13-1煤孔隙连通性较差,多为半封闭孔和封闭孔,孔裂隙系统发育差,渗透率低。(2)通过不同温度和压力条件下的吸附实验,得出若温度不变,瓦斯吸附量随着压力的增大而增大,减小而减小;若压力恒定不变,瓦斯吸附量随着温度的升高而减小,降低而增大;若同时升高温度和增大压力,实验中瓦斯吸附量呈稳定增长的趋势。Langmuir吸附模型中,当温度持续升高时,吸附常数a先呈下降趋势后呈上升趋势最后再呈下降趋势并持续,且温度为45℃时,吸附常数a达到峰值,而吸附常数b与温度成反比。Freundlich吸附模型中,1/n<1,且与温度呈正比;吸附常数K与温度呈反比。(3)从吸附热力学角度分析得出压力增加,气体吸附的自发性程度增加,且随着温度的升高,自由能越大。吸附量分别与等量吸附热和吸附熵呈正相关关系和负相关关系,且温度变化对吸附熵的影响较小。(4)从解吸动力学角度得出解吸温度越高,初始瓦斯解吸量(前1min)单调增加趋势越明显,瓦斯解吸速度与温度呈正相关关系;解吸实验前10min,随温度升高,初始有效扩散系数和扩散动力学参数均显著增大,在35℃-40℃时增大幅度最明显;利用Arrhenius经验公式计算出瓦斯扩散活化能为25.2767kJ/mol。图[38]表[17]参[97]
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