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煤吸附/解吸瓦斯的低频振动特性试验研究

作　者: 赵勇
导　师: 李树刚；张天军
学　校: 西安科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 瓦斯 低频振动 吸附/解吸 分子自由程 吸附位 吸附势垒 分子作用势
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


煤层瓦斯吸附/解吸特性除了与煤体的孔隙性、煤质等煤体本身性质有关外,还受到地电场、地应力、地温以及人为采掘活动等多种因素影响。研究不同因素影响下,煤体的瓦斯吸附/解吸特性,对于认识煤层瓦斯的运移、瓦斯突出机理以及煤层气开采等都具有十分重要的意义。国内外许多学者关于地电场、地应力、电磁波等对煤层瓦斯吸附/解吸的影响规律做了大量的试验研究。目前对低频振动作用下煤层瓦斯的吸附/解吸规律研究还较少。然而煤炭采掘过程中发生的煤与瓦斯突出事故大多与地震、钻探等动态低频扰动载荷有关。为研究低频扰动载荷对煤体吸附/解吸瓦斯的影响,利用自主研发的瓦斯吸附/解吸激振及测试系统,对煤样在低频振动作用下的吸附/解吸特性进行试验研究,吸附试验结果表明,随着频率升高,扩散系数变小,瓦斯吸附量减少,但Qd∞、Q∞基本相同。施加振动后的某段时间内,频率低于某临界值时,振动促进瓦斯吸附;频率超越这一临界值时,振动阻碍瓦斯吸附;解吸试验结果显示,随着频率降低,解吸量和解吸速度增大,衰减速度越快;煤样瓦斯的解吸强度、衰减系数随时间变化逐渐减小,振动阻碍了瓦斯的解吸。运用瓦斯吸附/解吸规律及振动理论的相关知识分析试验结果,认为吸附试验中,低频扰动使煤体温度升高,煤样内部分子吸附势垒加深,分子间的作用势变大,加剧了煤基质外表面形成瓦斯气体气膜破裂以及增加了煤样内部的吸附位,这四种因素共同作用下导致不同频率对煤样产生的影响不同;发现解吸试验中,低频扰动使煤样的孔隙性减弱,增大了分子的平均自由程,导致分子在煤样中扩散变慢,同时由于形成数层细小的孔隙层,增加了煤样内部的吸附位,从而减缓了瓦斯在煤样中解吸。并进一步研究振动作用下瓦斯吸附动力学特性,建立了振动频率与吸附量动力学方程。研究成果对高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的安全生产具有一定的理论指导意义。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 研究目的及意义  9-13
    1.1.1 研究目的  9-12
    1.1.2 研究意义  12-13
  1.2 研究现状及发展趋势  13-17
    1.2.1 国内外突出诱导因素研究现状  13-16
    1.2.2 国内外瓦斯突出机理研究现状  16-17
    1.2.3 存在的问题  17
  1.3 本文研究内容  17-18
  1.4 研究方法及技术路线  18-19
    1.4.1 研究方法  18
    1.4.2 技术路线  18-19
2 煤吸附/解吸瓦斯特征分析  19-34
  2.1 煤吸附/解吸瓦斯的影响因素  19-24
  2.2 煤吸附/解吸瓦斯理论分析  24-33
    2.2.1 煤吸附瓦斯的机理及模型  24-30
    2.2.2 煤吸附瓦斯的热力学特征  30-31
    2.2.3 煤吸附瓦斯的动力学特征  31
    2.2.4 煤解吸瓦斯的机理及模型  31-33
  2.3 本章小结  33-34
3 瓦斯吸附/解吸激振与测试系统研发  34-41
  3.1 试验系统现状  34
  3.2 试验系统研发目标  34-35
  3.3 试验系统构成  35-38
  3.4 试验系统检验  38-39
  3.5 本章小结  39-41
4 振动作用下煤体吸附/解吸试验研究  41-51
  4.1 试验煤样的采集和制备  41
    4.1.1 煤样的采集  41
    4.1.2 煤样的制备  41
    4.1.3 煤样的处理  41
  4.2 试验原理及过程  41-42
    4.2.1 试验原理  41-42
    4.2.2 吸附试验过程  42
    4.2.3 解吸试验过程  42
  4.3 试验数据处理方法  42-43
  4.4 试验结果及分析  43-49
    4.4.1 吸附试验结果  43-45
    4.4.2 解吸试验结果  45-47
    4.4.3 解吸试验结果分析  47-49
  4.5 本章小结  49-51
5 振动作用下煤样吸附/解吸特性分析  51-60
  5.1 振动对煤样吸附的影响  51-53
    5.1.1 振动影响煤-瓦斯系统温度  51
    5.1.2 振动对煤表面吸附势阱的影响  51-52
    5.1.3 振动对煤表面势能的影响  52-53
    5.1.4 振动对煤样的物理作用  53
  5.2 振动对煤样解吸的影响  53-55
    5.2.1 振动对瓦斯扩散的影响  53-54
    5.2.2 振动对煤样吸附位的影响  54-55
  5.3 振动作用下瓦斯吸附动力学特性  55-58
  5.4 本章小结  58-60
6 结论  60-63
  6.1 主要结论及创新点  60-62
  6.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-72
附录  72

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿井瓦斯
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