煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究_张力
煤吸附瓦斯细观特性研究
煤吸附瓦斯细观特性研究周动;冯增朝;赵东;王潞;王雪龙【摘要】为研究甲烷吸附孔隙压力对煤膨胀变形的影响,实验应用μCT225 kVFCB 型高精度显微CT实验系统,对直径为5 mm的细观煤样进行了不同孔隙压力下的吸附瓦斯扫描实验,并通过对其孔隙率与膨胀变形量的观测与分析得到了煤吸附瓦斯细观特性.研究发现:在细观实验中煤样吸附瓦斯会导致煤体孔隙率下降,并发生体积膨胀变形;体积膨胀变形规律符合朗格缪尔方程,且煤样不同位置的孔隙率与体积变化均具有非均匀性.研究结果表明:在吸附瓦斯过程中,煤体骨架体积膨胀会导致煤体孔隙体积减小与外观体积膨胀,且煤体骨架膨胀变形时更倾向于通过挤压煤体原始孔隙来获得膨胀空间.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)001【总页数】5页(P98-102)【关键词】吸附;瓦斯孔隙率;膨胀变形;孔隙压力【作者】周动;冯增朝;赵东;王潞;王雪龙【作者单位】太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TD712责任编辑:张晓宁周动,冯增朝,赵东,等.煤吸附瓦斯细观特性研究[J].煤炭学报,2015,40(1):98-102. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0021Zhou Dong,Feng Zengchao,Zhao Dong,et al. Study on mesoscopic characteristics of methane adsorption by coal[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(1):98-102. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0021煤是一种天然的吸附剂。
表面活性剂影响煤体瓦斯吸附解吸性能的实验研究
表面活性剂影响煤体瓦斯吸附解吸性能的实验研究杨春虎1,姚 建2,田冬梅3,康怀宇2(1.山西省乡宁县台头煤矿,山西乡宁042103;2.华北科技学院安全工程学院,北京101610;3.北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083)摘 要:在新鲜煤壁瓦斯涌出强度大的问题上,根据表面活性剂的润湿性、分散性、稳定性以及考察目的,选择十二烷基苯磺酸钠与洗涤灵按2 1的比例配制了实验试剂,提出了利用表面活性剂降低瓦斯涌出强度的技术方案,并在实验室做了颗粒煤对瓦斯的吸附与解吸实验。
实验结果表明:颗粒煤经过喷洒十二烷基苯磺酸钠和洗涤灵配制的表面活性剂溶液后,表面活性剂溶液能够很好地渗透煤体,使煤样润湿程度增加,堵塞了瓦斯的运移通道;活性剂溶液渗透到煤体孔隙内部,对煤体起到了降温的作用,低温有利于瓦斯吸附,抑制吸附瓦斯转化为游离瓦斯,瓦斯涌出强度会降低10%~40%左右,从这两方面达到降低瓦斯涌出强度、避免瓦斯超限的目的。
关键词:吸附;解吸;表面活性剂中图分类号:TD714+.4 文献标识码:A 文章编号:1003-496X(2009)05-0004-05Experi m ent al Study on Infl u ence of Surfactant on Gas Adsor ption and D esorption P erfor m ance of C oalYANG Chun-hu1,YAO Ji an2,T I AN D ong-m e i3,KANG H uai-yu2(1.T aitou CoalM ine,N ingx iang042103,China;2.Saf ety E n g ineer i ng C olle ge,N orth China Institute of Science andT echno logy,B eijing101601,Chi na;3.C i v il and E nvironm ent Engineering School,Universit y of Science and T echnologyB eij i ng,Beij i ng100083,China)Abstrac t:A na l ysis o f research papers i n t he occurrence o f co al gas,gas em issi on l aw s on the bas i s of surfactan t-re l a ted t heory,the use o f surfactants to reduce gas e m issi on i ntensity of t he techn ical precept In preli m i nary w ork,in accordance w it h t he w etti ng sur f ac tant,decentra lized,stab ility and i nspection purposes,t he cho ice o f LA S and de tergent acco rd i ng to the rati o o f2:1prepa ra tion o f the experi m enta l agent.By the use o f selected s u rfactant,i n the l abo ra tory to do the particles o f co al to gas adso rpti on and desorpti on ex peri m ent.The results sho w ed tha t:A fter spray i ng partic l es o f co al and detergent LA S preparati on of t he surfactant so l ution,the gas e m i ssi on i ntensity w ill be reduced10percent to40percent.Through ana lysis tha t the surfactant can be a good soluti on to infiltrate coa,l coa l-we tti ng to i ncrease t he degree to p l ug a gas m i gration channels;acti ve agen t so l uti on to the i n filtrati on of coal w ithin t he pores of the coa l p l ayed a ro le i n cooli ng down,Is conduc i ve t o low-te m pera t ure gas adsorp tion,i nh i b iti ng absorpti on of free gas i nto t he gas fro m t hese t w o areas to reduce gas e m i ssi on i ntensity,t he purpose o f avo i ding t he gas g aug e.K ey word s:adsorp tion;deso rpti on;s u rfactant实际采掘过程表明,将煤从煤壁采落的一段时间内(一般0~20m i n)是采掘工作面瓦斯超限和瓦斯爆炸的高发时期。
突出煤体的瓦斯解吸特征及其影响因素分析
突出煤体的瓦斯解吸特征及其影响因素分析王振【摘要】Under proper outside conditions,the absorped gas in the coal will quickly desorb into free gas,release enormous energy and thus produce a strong gas dynamic effect.Through the theoretical analysis,the key factors affecting the gas desorption velocity-the gas concentration gradient and the pore wall energy barrier were obtained.Under certain conditions of coal seams,the concentration gradient of the absorbed gas depended on the release velocity of the high-pressure gas in the external fracture,and there was a close relation between the energy barrier of pore wall and the particle sizes of coal.In this paper,analysis was carried out on the influence of different adsorption pressures and particle sizes of coal smaples upon the gas desorption features,and the the change rule of the gas desorption velocity and quantity with the pore pressure and the damage degree of coal was obtained.%在适宜的外界条件下,煤体中的吸附瓦斯迅速解吸为游离瓦斯后可释放出巨大的能量,从而产生强烈的气体动力效应.通过理论分析得出影响瓦斯解吸速度的重要因素——瓦斯的浓度梯度和孔壁产生的能垒.在一定的煤层条件下,吸附瓦斯浓度梯度取决于外部裂隙中高压瓦斯的释放速度,而孔壁的能垒与煤体的粒度关系密切.研究分析了不同吸附压力和煤样颗粒对瓦斯解吸特征的影响,得出瓦斯解吸速度和解吸量随孔隙压力和煤体破坏程度变化的规律.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2017(044)001【总页数】4页(P102-105)【关键词】煤与瓦斯突出;瓦斯解吸;浓度梯度;能垒【作者】王振【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TD713;TD712煤是一种复杂的多孔介质，是天然的吸附体，煤中的瓦斯主要以吸附状态存在[1]。
安全工程专业实验教程8.3煤的瓦斯吸附解吸规律物理模拟-30页PPT精品文档
（3）真空单元：实验采用直联旋片真空泵，主要技术参数如下 ：抽气速率：2L/s；极限压力：0.06pa；电动机功率：0.37kw；进气 口直径：KF25。
（4）解吸单元：先快速放掉大罐中的游离瓦斯，然后连接解吸 仪进行解吸。
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图8-4 煤的瓦斯解吸规律模拟实验装置
二、仪器设备
（1）充气单元：实验所用的瓦斯气源是高纯甲烷气体，甲烷气 体浓度为 99.9%，压力大于10MPa，满足实验需求。充气时3号甲烷钢 瓶先向4号充气罐充气，4号充气罐起到缓冲作用，然后通过4号充气 罐向3个5号大煤样罐充气，完成充气过程。
表8-10 煤样干燥处理记录样表
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四、实验步骤
②平衡水煤样的处理。取一部分煤样用水充分浸泡3～5天后，使煤 样的毛细孔达到饱和吸水，记录浸泡时间，将浸泡过后的湿煤样连同滤 纸放置在煤样托盘上，托盘上放入一些抽纸，然后把煤样连同托盘一同 放入装有过饱和K2SO4溶液的真空干燥器中，密封并抽真空，并记录抽 真空时间；每隔24h，称量一次重量，并做相关记录，直到相邻两次质 量变化不超过试样量的2%，即认为达到湿度平衡。放置卫生纸的作用是 吸取煤样多余的外在水分，缩短平衡时间。最佳的平衡时间大约在5d 左右，而且煤样达到平衡水分后，应立即装缸进行等温瓦斯吸附-解吸 模拟实验。
表8-6 煤的解吸规律煤样粒度筛分记录样表
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四、实验步骤
3、煤的解吸规律模拟实验
（1）检验实验系统气密性 实验系统的各管路、容器及接口的气密性是保证实验研究成功的关
键，本实验系统搭建完毕后，在煤样罐不盛煤样的情况下，对系统充入 约6MPa的高压氮气，放置24h，安装在充气罐和煤样罐上的压力表显示 压力一直保持不变，证明了所搭建的系统气密性是可靠的。在每做完一 个煤样后，重新进行上述试压实验，确保实验系统具有完好的气密性。 数据记录于表8-7。
煤吸附和解吸瓦斯过程中温度变化研究(1)
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图! 温度测定系统
" 温度测定程序
使用 GF H H -#& 开发了温度测定系统程序，实 现如下功能：! 数据采集；" 数据处理；# 数据 保存。在进行数据采集之前，首先开启程序，分别 输入传感器位置、传感器标定参数、时间间隔（采 集频率）及通道数，当一切准备好后，即可开始进 行测定。 在煤矿开采过程中，常见的瓦斯气体有甲烷 （FI$）和二氧化碳（ FJ" ）等，由于 FI$ 具有爆炸 性，该实验在瓦斯突出模拟装置上进行，不太安 全，因此实验所用气体主要为煤体对其吸附能力大 的二氧化碳（ FJ" ）和吸附能力较小的氮气（ ." ） 之间，由此可以推断出 FI$ 在吸附和解吸过程中 温度变化规律。
煤炭科学技术 第 (! 卷第 $ 期 "&&( 年 $ 月 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
煤粒瓦斯解吸扩散试验方法及规律研究
煤粒瓦斯解吸扩散试验方法及规律研究作者：许顺贵来源：《科技创新导报》2017年第20期摘要：为研究煤粒瓦斯的解吸扩散规律，笔者利用TerraTek ISO-300/310等温吸附/解吸仪和SH-CBM8全自动高精度煤层气/页岩气含气量多路测定仪，成功设计出一套简单易操作的煤粒瓦斯扩散系数测定方法。
结合经典扩散理论模型进行煤粒瓦斯扩散规律试验，研究探讨了实验过程中温度和吸附平衡压力对于煤粒瓦斯初始有效扩散系数的影响。
关键词：煤粒瓦斯试验扩散理论中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（b）-0086-04研究煤粒瓦斯的扩散规律，对于研究煤中瓦斯含量和预防瓦斯突出事故具有重要意义。
虽然近年来国内外学者积极参与煤粒瓦斯解吸扩散的试验研究，然而目前对于煤粒瓦斯扩散规律的认识尚不完善，测定煤粒瓦斯扩散系数的试验方法仍然有待改进。
笔者利用TerraTek ISO-300/310等温吸附/解吸仪和SH-CBM8全自动高精度煤层气/页岩气含气量多路测定仪，成功设计出一套简便可行的煤粒瓦斯扩散系数测定方法并给出煤粒瓦斯初始有效扩散系数D0的计算方法和理论模型。
通过煤粒瓦斯扩散规律试验，研究了试验温度和吸附平衡压力对于煤粒瓦斯初始有效扩散系数的影响，进而研究温度和吸附平衡压力对煤粒瓦斯扩散的影响。
对于煤粒瓦斯扩散规律的研究始于1951年剑桥大学Richard M. Barrer[1]提出的经典扩散模型。
20世纪60年代首次将经典扩散理论应用于矿业领域，用经典扩散模型法计算初始短时间内的煤中瓦斯扩散系数。
国内关于煤粒瓦斯扩散规律的研究始于1986年，杨其銮、王佑安等人[2]最先导出了经典扩散模型的精确解吸简化式。
其后，2001年聂百胜、郭勇义等人[3]引入第三类边界条件，基于长时间解吸扩散导出经典模型的三角函数表达式，取其中第一项n=1，近似计算扩散系数，然而其结果与经典扩散模型试验值仍存在较大偏差。
煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性核磁共振实验研究
煤系页岩瓦斯吸附-解吸特性核磁共振实验研究唐巨鹏;田虎楠;马圆【摘要】吸附态和游离态瓦斯变化规律能为煤系页岩瓦斯安全高效抽采提供技术参考,常规实验方法难以实现对吸附态和游离态瓦斯变化规律的独立表征.以阜新盆地清河门矿煤系页岩为例,采用低场核磁共振技术对煤系页岩粉试样进行瓦斯吸附-解吸实验,并提出以核磁共振T2(横向弛豫时间)谱幅值积分作为瓦斯含量定量表征指标.实验表明:吸附-解吸过程T2谱曲线有3个特性峰,对应3个横向弛豫时间截止阈值;吸附态瓦斯量与瓦斯压力符合朗格缪尔方程,而游离态瓦斯量与瓦斯压力呈线性关系;吸附态瓦斯解吸过程具有明显滞后性,且存在7.26 MPa临界滞后瓦斯压力,而游离态瓦斯吸附和解吸过程近似可逆,无明显滞后性.%The change laws of adsorbed and free gas can provide some technical reference for safe and high-efficient exploitation of coal shale gas, but the conventional experimental methods are difficult to achieve the independent representation on the change laws of adsorbed and free gas.Taking the coal shale of Qinghemen mine in Fuxin basin as example, the gas adsorption-desorption experiments were carried out on the powder specimens of coal shale by using the low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) technique, and it was put forward to take the amplitude integral of T2 (transverse relaxation time) spectrum in NMR as the quantitative representation index of gas content.Some new experimental results were obtained as follows.The T2 spectrum curve in the adsorption and desorption process had three characteristic peaks corresponding to three cut-off thresholds of transverse relaxation time.The relation between theadsorbed gas amount and the gas pressure accorded with Langmuir equation, while the free gas amount depended linearly on the gas pressure.The desorption processes of adsorbed gas had an obvious lagging, and the critical lagging gas pressure was 7.26 MPa.However, the adsorption and desorption process of free gas was approximately reversible, without the obvious lagging.【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2017(013)006【总页数】5页(P121-125)【关键词】煤系页岩;瓦斯;吸附-解吸;核磁共振;T2谱【作者】唐巨鹏;田虎楠;马圆【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000【正文语种】中文【中图分类】X9360 引言页岩储层复杂的孔隙结构特征，使页岩气的赋存和运移具有明显多尺度性[1]。
荥巩煤田二_1煤瓦斯吸附解吸特征及其对煤与瓦斯突出的影响
3[ 3- 4]
荥巩煤田地处河南省中部 , 煤田主体位于巩义、 荥阳两市境内。在地质区划上位于荥密背斜北翼 , 介于五指岭断层、 鲨鱼沟断层、 郭小寨断层、 尉氏断 层和王口断层之间的断块内, 属嵩箕构造区北部伸
Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China)
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( 1. Xinyi Coal Mine, Yima Coal Industry Group, Yima 471800, China; 2. Research Center of Coal Mine Safety Engineering and Technology,
第 29 卷第 2 期 2010 年 2 月
煤 炭 技 术 Coal Technology
Vol 29, No 02 Feb, 2010
安全技术
荥巩煤田二1 煤瓦斯吸附解吸特征及其对煤与瓦斯突出的影响
连金江 , 刘明举 , 魏建平 , 赵发军
1 2 2 2
( 1. 义马煤业集团新义煤矿 , 河南 义马 472300; 2. 河南理工大学 煤矿安全工程技术研究中心 , 河南 焦作 454003) 摘 要 : 实验研究了荥巩煤田主要生产矿井 煤吸附瓦 斯 Langmuir 参数 和瓦斯 放散初 速度 , 分析了 煤层瓦 斯吸附 解 吸特征及其对瓦斯突出 区域分布的影响。结果表明 , 荥巩煤田 煤层具 有很强 的能力 和很高 的瓦斯 解吸速度 , 这 些 特征使得荥巩 煤田瓦斯突出区域具有低瓦斯压力、 高瓦斯 含量的 特点。经过 与焦作 矿区的 参数对 比 , 初 步确定 了 荥巩煤田非突出危险区域评价参数为瓦斯压力 < 0 6 MPa, 瓦斯含量 < 10 0 m 3 t 。 关键词 : 荥巩煤田 ; 瓦斯吸附 ; 瓦斯突出 ; 突出危险评价 中图分类号 :TD712 文献标识码 : A 文章编号 : 1008- 8725( 2010) 02- 0079- 04
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煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究张 力1,邢平伟2(1.中国矿业大学,江苏徐州221008;2.太原理工大学,山西太原030024)[摘 要] 简要介绍了煤吸附瓦斯气体的本质,影响煤吸附量的主要因素以及煤吸附瓦斯气体的过程;分析了煤体瓦斯解吸扩散的主要形式和影响煤体瓦斯扩散速度的主要因素。
[关键词] 煤;瓦斯;吸附;解吸;扩散[中图分类号]T D712 [文献标识码]A [文章编号]1003-6083(2000)04-0018-030 引 言固体物质都具有或大或小的把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己表面的能力,这一性能被称为物质的吸附性能。
煤是一种复杂的多孔介质,是天然吸附剂[1],其中直径在10-6cm以下的微孔,由于其内表面积占表面积的97.3%,可以高达200m2/g,具有很大的比表面积,从而决定了煤的吸附容积。
甲烷以两种形式(承压游离状态和吸附状态)存在于煤层和共生岩层的孔隙裂隙中,对不同状态甲烷相对含量的实验研究表明煤中全部甲烷含量的90%～95%以吸附状态存在。
研究煤与瓦斯的吸附和解吸规律,对于煤与瓦斯的突出预测,煤层瓦斯流动机理,煤的瓦斯含量预测及计算采落煤瓦斯涌出,煤层气开发和利用都有现实意义。
1 煤的吸附特性1.1 煤吸附瓦斯的本质研究表明煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下乃是物理吸附,其吸附热一般小于20k J/m ol。
煤表面的原子(它们的价力尚未达到完全饱和程度)在其表面产生一种力场。
在这种力场的影响下,周围的瓦斯分子比无力场存在时更易凝结。
瓦斯的凝结能力决定着它的被吸附能力,煤分子对瓦斯气体分子的吸引力越大,煤对瓦斯气体的吸附量越大。
煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力由德拜(Debye)诱导力和伦敦色散力(London dispersion force)组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度Ea(也称势垒)。
自由气体分子必须损失部分所具有的能量才能停留在煤的孔隙表面,因此吸附是放热的;处于吸附状态的瓦斯气体分子只有获得能量Ea才能越出吸附势阱成为自由气体分子,因此脱附是吸热的[2]。
瓦斯气体分子的热运动越剧烈,其动能越高,吸附瓦斯分子获得能量发生脱附可能性越大。
当瓦斯压力增大时,瓦斯气体分子撞击煤体孔隙表面的机率增加,吸附速度加快,瓦斯气体分子在煤孔隙表面上排列的稠密度增加。
吸附量与瓦斯压力的关系(吸附等温线),一般可用朗格缪尔方程式计算。
1.2 瓦斯吸附影响因素(1)温度的变化会引起瓦斯气体分子热运动剧烈程度的变化。
温度升高时,瓦斯气体分子的热运动加剧,因而其扩散能力增加,瓦斯气体分子在煤孔隙表面停留时间缩短,因而吸附能力下降。
温度降低时情况相反。
吸附气体不同,其吸附能力不同。
(2)研究表明煤体对于二氧化碳(C O2)、甲烷(CH4)和氮气(N2)来说,其吸附能力C O2 >CH4>N2。
(3)外载荷对吸附的影响与煤体孔隙率变化有关。
压力升高时,煤体孔隙、裂隙逐渐闭合。
一方面孔隙率降低,煤体孔隙表面积减小,因面吸附量减小;另一方面瓦斯通道缩81 江 苏 煤 炭 2000年第4期 收稿日期:2000-08-19小,渗透率降低,吸附量减小。
(4)煤体中水分增加会使瓦斯吸附量减小。
在极性水分子和表面氧化物作用下,水分子以固定方式被吸附于煤体孔隙内表面,减少了瓦斯气体的吸附空位,从而使瓦斯吸附量减少。
水分子在煤体孔隙表面形成吸附水膜,使瓦斯气体渗透通道面积减少,因而使得瓦斯气体在煤体中渗透率降低。
(5)煤的变质程度是决定煤的瓦斯吸附的重要因素,煤的瓦斯吸附量随变质程度的增高而增大,随着煤变质程度增高和挥发分减少,煤的微孔容积增大。
1.3 煤吸附瓦斯的过程煤体中注入瓦斯的过程也是一个渗透—扩散过程[3]。
瓦斯气体分子不能立即同时与所有的孔隙、裂隙表面接触,在煤体中形成了瓦斯浓度梯度和压力梯度。
由瓦斯压力梯度引起渗透,其基本遵循达西定理,这种过程在大的裂隙、孔隙系统内占优势;瓦斯气体分子在其浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度运移,符合菲克(Fick)扩散定律,这种过程在小孔与微孔系统内占优势。
瓦斯气体在向煤体深部进行渗透—扩散运移的同时,与接触到的煤体孔隙、裂隙表面发生吸附和脱附。
因此,就整个过程来说,是渗透—扩散、吸附—脱附的综合过程。
2 煤的解吸特性2.1 吸附瓦斯解吸的条件煤中的吸附瓦斯,经过漫长的地质年代,已与孔隙内处于压缩状态的瓦斯形成了稳定的平衡状态。
瓦斯吸附速度等于瓦斯解吸速度。
掘进井下巷道或进行钻孔会使原来的应力平衡受到破坏。
在工作面或钻孔周围形成应力集中,使煤的围岩产生细微裂隙和变弱,导致煤层渗透性发生变化,这样就会促使瓦斯流动。
瓦斯流动的结果使煤层孔隙内的瓦斯压力下降。
随着瓦斯压力下降,煤对瓦斯吸附力减小,破坏了吸附平衡状态,这样瓦斯分子便可挣脱孔隙内表面的吸附力,瓦斯解吸过程就是这样发生的。
越来越多的瓦斯就这样由吸附态变为游离气态,自由膨胀,穿过裂隙,涌入采煤工作面或气井。
2.2 瓦斯扩散的形式及影响因素当煤体和瓦斯气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,煤粒中瓦斯很快解吸,这个过程由两个阶段构成,第一阶段是瓦斯的解吸附作用,第二阶段是瓦斯从煤粒微孔向采掘空间扩散的过程,瓦斯气体扩散速率主要由第二阶段决定。
扩散系数越大,扩散速率越高。
煤体瓦斯扩散机理主要由孔隙形状大小和瓦斯气体状态决定。
瓦斯扩散分为:Fick扩散、K ounds on扩散和表面扩散。
当煤体中孔隙尺寸大于瓦斯气体分子平均自由程时,瓦斯扩散属于菲克扩散,否则是K ounds on扩散。
由于煤体是很好的吸附剂,表面扩散也占着重要地位。
Fick扩散和K ounds on扩散的扩散系数都受温度的影响,温度越高扩散越快。
表面扩散受两个因素影响:温度和表面的吸附势阱深度。
温度越高和表面的吸附势阱深度越低扩散越快。
2.3 瓦斯解吸速度的计算对球形煤屑瓦斯放散来说[4],在煤屑暴露瞬间只是煤屑外面的瓦斯开始涌出,随时间增长,煤屑深部的瓦斯开始流动,瓦斯流动界面逐渐缩小,瓦斯流动的通道长度增加,运动阻力增大。
当瓦斯流动的长度达到煤屑半径后,随着时间继续延长煤屑中心的瓦斯压力相应降低,因此,瓦斯从煤屑中放散的速度随时间延长而降低。
描述这一衰变过程经验方程通常采用艾黎式(E.M.Airey)。
艾黎根据对破碎煤的实测结果认为累计瓦斯解吸量可按下式确定。
Q t=Q∞1-exp{-[tt0]n}(1)式中 Q t—到时间t为止累计瓦斯解吸量,m3/g;91 2000年第4期 张 力等 煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究 Q —煤体最大累计瓦斯解吸量,m 3/g ;n —由煤裂隙形式决定的常数,与煤破坏类型有关;t 0—时间常数。
西德工学博士文特和雅纳斯认为,煤从吸附平衡压力解除开始,瓦斯放散速度随时间变化可用幂函数表示[5]。
υt υa =[tt a ]-k t(2)式中 v t 、v a —分别为时间t 及t a 时的放散速度,cm 3/min ・g ;k t —支配瓦斯放散随时间变化的指数。
煤层瓦斯放散特性与煤的瓦斯含量,吸附平衡压力、放散时间、煤样粒度、煤的破坏类型以及煤的物理化学特性等有关。
3 结 语(1)煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下是物理吸附,煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力是由德拜诱导力和London 色散力组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度Ea 。
影响煤对瓦斯气体吸附量的主要因素有压力、温度、水分、外载荷以及不同煤的变质程度,煤吸附瓦斯气体的过程是渗透—扩散、吸附—脱附的综合过程。
(2)煤的解吸扩散主要有Fick 扩散、K ounds on 扩散和表面扩散,煤体瓦斯扩散速度主要受温度和表面势阱深度的影响,瓦斯扩散量和扩散速度分别遵循艾黎(E.M.Airey )式,文特和雅纳斯式。
[参 考 文 献][1] G.R.Barker -Read ,等.地质变动对煤和共生岩层中瓦斯动力特性的影响[J ].Leeds universitymining ass ociation.1998.[2] 王恩元,何学秋.瓦斯气体在煤体中的吸附过程及其动力学机理[J ].江苏煤炭,1996(3):14-15.[3] 张力,郭勇义.块煤瓦斯吸附动力过程的实验研究[J ].煤矿安全,2000(9):17-18.[4] 杨其銮.关于煤屑瓦斯放散规律的实验研究[J ].煤矿安全,1987(3):21-22.[5] H.F 雅纳斯.煤样瓦斯解吸过程[J ].煤炭工程师,1992(2):11-12.[作者简介]张力(1972-),男,山西阳泉人,现为中国矿业大学能源科学与工程学院安全技术及工程专业博士研究生,主要从事煤层气开发与利用及矿井灾害防治研究。
Study on G as Adsorption and DesorptionCharacteristics of CoalZHANG Li 1,XING Pingw ei 2(1.China University of Mining and T echnology ;2.T aiyuan University of T echnology )Abstract :This paper revealed essence of coal ads orption to gas ,main factors affecting coalads orptive quantity and the process of coal ads orption to gas ,als o the main forms of gas des orption and diffusion in coal ,major factors affecting gas diffusion speed were analyzed.K ey w ords :coal ;ads orption ;des orption ;diffusion02 江 苏 煤 炭 2000年第4期 。