含瓦斯煤振动解吸特性实验研究

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作者张虎
来源安徽理工大学
出版年2016
摘要
振动不仅是提高煤层气开采的物理场激励措施之一,同时也是诱发煤与瓦斯突出的一个重要因素。许多学者从煤层气开采领域着手,研究了声震、电磁波和超声波等因素对瓦解吸的影响;而在防治煤与瓦斯突出方面,目前仅个别学者研究了低频振动(激励)对瓦斯解吸的影响,但因研究的振动频率不同,研究结果存在较大差异,因此有必要对振动影响含瓦斯煤解吸特性作进一步研究。为了研究含瓦斯煤的振动解吸特性,自主设计了瓦斯振动解吸实验仪,进行了不同振动条件、不同煤样粒径和不同吸附平衡压力下的含瓦斯煤振动解吸实验。实验结果表明:振动会不同程度地增加含瓦斯煤的解吸量,且随着振动频率的增大,瓦斯解吸总量先减小后增大;同等振动条件下,随着煤样粒径的增大,瓦斯解吸总量减小,瓦斯解吸的初始有效扩散系数增大;吸附平衡压力增大,瓦斯解吸初速度增大,衰减系数变化不明显。通过对解吸曲线拟合发现:解吸-扩散模型对含瓦斯煤的振动解吸曲线拟合度最高,拟合效果最好。分析指出,振动的“剥离”作用、“撕裂”作用和热效应会对含瓦斯煤的解吸产生重要影响。功率一定时,振动频率越小,振幅越大,振动的“撕裂”作用越强:振动频率越大,振动的热效应越明显。当振动频率从低频向高频增加时,振动的“撕裂”作用逐渐减弱,热效应逐渐加强,瓦斯解吸总量先减小后增大。煤样粒径越小,其有效扩散截面积越小,初始有效扩散系数越小。在对煤样施加相同的激振力时,质量越小的煤样,振动时加速度越大,振动产生的“撕裂”作用和“剥离”作用越强,振动对瓦斯解吸的促进作用越明显。随着吸附平衡压力的增大,煤样吸附的瓦斯量增多,解吸时初始有效扩散系数增大,瓦斯解吸总量和初始阶段解吸速度增大。本课题的研究成果对认识瓦斯在煤层中的运移以及煤矿井下的防治煤与瓦斯突出工作具有一定的指导意义。

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