煤与瓦斯突出过程中温度变化的实验研究 (2)
煤与瓦斯突出预兆
煤与瓦斯突出预兆在井下采掘过程中，煤与岩石常常一瞬间被从煤体中抛出，并喷出大量瓦斯，这种现象叫煤与瓦斯突出，简称为"突出"。
煤与瓦斯突出事故不仅会造成采掘工作面和通风系统的破坏，同时大量煤与瓦斯以极快的速度喷出，还可能会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤（岩）埋人事故。
煤与瓦斯突出前，一般都有预兆，没有预兆的突出极少。
突无声预兆：工作面顶板压力增大，煤壁被挤压，片帮掉渣，顶板下沿或底板鼓起；煤层层理紊乱、煤暗淡无光泽、煤质变软；瓦斯忽大忽小，煤壁发凉，打钻时有顶钻、卡钻、喷瓦斯等现象。
井下工作人员发现上述预兆后，应立即向有关部门报告，及时采取措施；情况严重时，应立即停止作业，迅速迎着风流撤出。
煤和瓦斯突出前大多数都有预兆归纳起来分有声预兆和无声预兆。
1.有声预兆1)响煤炮。
在煤层内发出像机关枪、炮击声。
由于条件不同声音大小、间隔时间也不相同。
2)突然压力增大。
支柱来劲发出咔咔的响声或发出劈裂折断的响声手摸煤壁能感到冲击和震动有煤岩层的破裂声有时会听到气体穿过含水裂缝时的“吱吱”声等。
3）气体穿过含水裂缝时的吱吱声等。
声音由远到近，由小到大，有短暂的，有连续的，时间间隔长短也不一致；煤壁还会发生震动和冲击，顶板来压，支架发出折裂声。
2.无声预兆1)压力增大。
预板来压片帮、掉碴、煤壁向外鼓煤岩自行剥落。
2)煤层发生变化。
层理紊乱、变软暗淡无光煤层粉碎煤质干燥、煤层受挤压褶曲、变粉碎、厚度变大倾角变陡。
3)瓦斯及温度变化。
瓦斯涌出异常忽大忽小煤尘增大气味异常发闷打钻时喷煤、喷瓦斯煤壁发冷气温下降等。
煤与瓦斯突出基本特征是什么1、突出的煤向外抛出距离较远具有分选现象。
2、抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角。
3、抛出的煤破碎程度高含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉。
4、有明显的动力效应破坏支架推倒矿车破坏和抛出安装在巷道内的设施。
5、有大量的瓦斯涌出瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量有时会使风流逆转。
《温度冲击对无烟煤中甲烷吸附—解吸特性影响的实验研究》
《温度冲击对无烟煤中甲烷吸附—解吸特性影响的实验研究》篇一温度冲击对无烟煤中甲烷吸附-解吸特性影响的实验研究一、引言随着煤层气开发利用的日益广泛，无烟煤作为重要的煤层气资源之一，其甲烷吸附-解吸特性受到了广泛的关注。
由于温度是影响甲烷在无烟煤中吸附-解吸的重要因素之一，本文针对温度冲击对无烟煤中甲烷吸附-解吸特性的影响进行了实验研究。
旨在揭示温度变化对无烟煤甲烷吸附和解吸行为的影响规律，为煤层气开发提供理论依据和指导。
二、实验材料与方法1. 实验材料本实验选用某地区无烟煤作为研究对象，该无烟煤具有较好的代表性和普遍性。
实验前，对无烟煤进行了必要的处理和筛选，以保证实验的准确性和可靠性。
2. 实验方法本实验采用温度冲击法，即通过设定不同的温度梯度，观察无烟煤中甲烷的吸附和解吸过程。
具体步骤如下：（1）将无烟煤样品置于设定温度的恒温箱内，待其达到平衡状态；（2）将一定压力的甲烷注入恒温箱内，使甲烷在无烟煤中吸附；（3）将恒温箱内的温度迅速提升至预设的较高温度，并保持一定时间；（4）在温度回升后，让甲烷从无烟煤中解吸出来；（5）记录整个过程中甲烷的吸附量和解吸量，以及温度变化对吸附-解吸特性的影响。
三、实验结果与分析1. 温度冲击对甲烷吸附特性的影响实验结果表明，随着温度的升高，无烟煤对甲烷的吸附量逐渐减少。
这是因为随着温度的升高，甲烷分子的热运动加剧，使得其与无烟煤表面的吸附力减弱，导致吸附量减少。
此外，温度冲击也会对无烟煤的孔隙结构和表面性质产生影响，从而进一步影响甲烷的吸附特性。
2. 温度冲击对甲烷解吸特性的影响与吸附过程相反，温度冲击对甲烷的解吸过程具有促进作用。
当温度升高时，甲烷分子从无烟煤表面获得更多的能量，使得其克服孔隙内的阻力并从孔隙中解吸出来。
同时，高温条件下，无烟煤的孔隙结构也会发生变化，使得甲烷更容易从孔隙中解吸出来。
因此，在温度冲击下，无烟煤中甲烷的解吸量会明显增加。
3. 温度冲击的综合影响综合分析表明，温度冲击对无烟煤中甲烷的吸附-解吸特性具有显著影响。
基于流-固-热耦合的煤层瓦斯抽采数值模拟研究
基于流-固-热耦合的煤层瓦斯抽采数值模拟研究凡永鹏【摘要】为了提高煤层瓦斯抽采效果预测的准确性,揭示瓦斯抽采过程中煤层各参数的变化规律,基于煤岩结构和瓦斯煤层内运移特征,结合岩体力学、渗流力学、传热学相关理论,建立了煤层瓦斯抽采的流-固-热耦合模型,进行了单裸竖直钻井瓦斯抽采数值模拟,结果表明:所建模型解算结果与工程实际相吻合,能够满足工程需要;在瓦斯抽采过程中煤层温度、瓦斯压力和产气速率均随着抽采时间的增加而减小,瓦斯抽采活动对煤层温度的变化有着很大影响;由于瓦斯吸附量减少和温度降低引起的煤基质应变降低值大于煤层压力降低引起应变增高值,瓦斯抽采影响范围内煤体渗透率不断增高,但受煤层瓦斯运移、解吸速度的影响,煤体渗透率增高速率不断减缓.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2017(041)008【总页数】6页(P70-74,115)【关键词】煤层气;瓦斯抽釆;流-固-热耦合;孔隙率;渗透率【作者】凡永鹏【作者单位】辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新 123000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.61随着我国经济的迅速发展，国内对化石能源的需求不断提高。
煤炭作为我国能源的主体，在今后很长一段时间不会变化[1-2]. 随着煤炭开采强度的增加，开采深度的延伸，矿井瓦斯涌出量加大，给煤矿安全生产带来了很大的威胁[3-4]. 通过瓦斯抽采的方法减少煤层瓦斯含量是降低煤炭开采过程中瓦斯灾害的主要手段[5].许多学者对煤层瓦斯抽采和煤层瓦斯运移规律做出了大量研究，袁亮等[6]通过数值模拟和现场实验验证的方法揭示了大直径瓦斯抽采地面钻井的可行性及增产效果。
王兆丰等[7-9]揭示了羽状钻孔、穿层钻孔和顺层钻孔的作用机理及效果预测模型。
赵景国等[10]利用连续介质力学方法建立了描述煤层中瓦斯渗流的两相介质模型，并利用有限元法模拟分析。
徐涛等[11]结合岩体变形理论及瓦斯渗流理论，考虑岩体的非均值特征，建立了瓦斯非均值渗流耦合模型，为煤层瓦斯抽采和煤与瓦斯突出预测提供了理论依据。
煤与瓦斯突出基本知识
煤与瓦斯突出基本知识目录一、煤与瓦斯突出概述 (2)1. 煤与瓦斯突出的定义 (2)2. 煤与瓦斯突出的危害 (3)3. 煤与瓦斯突出的分类 (4)二、煤与瓦斯突出机理 (5)1. 瓦斯渗透与扩散原理 (7)2. 煤体应力与变形规律 (8)3. 瓦斯与煤体相互作用机制 (9)三、煤与瓦斯突出预测方法 (10)1. 地质勘探方法 (11)2. 工程勘察方法 (12)3. 钻孔测井方法 (13)4. 形成预测模型 (14)四、煤与瓦斯突出防治措施 (15)1. 防治原则与目标 (16)2. 防治技术措施 (17)a. 煤层顶板控制 (18)b. 煤巷掘进与支护 (19)c. 采煤方法改革 (21)d. 瓦斯抽放与管理 (21)3. 防治管理措施 (22)a. 安全生产责任制 (24)b. 安全教育培训 (25)c. 安全投入与保障 (25)d. 应急预案与演练 (26)五、煤与瓦斯突出典型案例分析 (28)1. 国内外典型煤与瓦斯突出事故案例 (29)2. 煤与瓦斯突出事故发生原因分析 (30)3. 煤与瓦斯突出防治经验教训总结 (31)一、煤与瓦斯突出概述煤与瓦斯突出是一种在煤矿开采过程中常见的自然灾害，其主要发生在地下煤矿的采煤工作面。
这种现象涉及到煤层的突然破碎和大量瓦斯的瞬间释放，往往伴随着巨大的能量释放，对矿井安全造成极大的威胁。
煤与瓦斯突出是煤矿生产中重要的安全隐患之一，可能导致严重的人员伤亡和财产损失。
煤与瓦斯突出的危害主要表现在以下几个方面：首先，突出会造成大量的煤炭资源损失，影响煤矿的正常生产；其次，大量瓦斯的释放可能导致矿井内部空气质量急剧恶化，威胁矿工人的生命安全；突出的发生还可能引发矿井内部其他安全事故，如火灾、水灾等。
了解煤与瓦斯突出的基本知识，加强矿井安全管理，采取有效的预防措施，对于减少煤矿事故的发生至关重要。
煤与瓦斯突出是煤矿生产中重要的安全隐患之一，掌握其基本知识和防治技术，加强矿井安全管理，对于保障煤矿安全生产具有重要意义。
煤与瓦斯突出及其防治
煤与瓦斯突出及其防治作者：常建飞来源：《科学与财富》2011年第04期[摘要] 煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，也是煤矿中一种严重的自然灾害.从1950年至今,在我国不同类型的200多个矿井中已发生了一万多次突出,约占全世界总突出次数的三分之一.其强度最大的一次,突出煤量12780吨、瓦斯140万米~3.我国已成为突出最严重的国家之一.到目前为止，对各种地质、开采条件下突出发生的规律还没有完全掌握。
因此，必须把防治突出作为一项重要工作来抓。
[关键词] 煤与瓦斯突出；突出机理;防治0前言煤与瓦斯突出是煤矿井下采煤过程中发生的一种煤与瓦斯的突然运动,是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象; 可在极短的时间内, 由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯。
突出物会造成埋人,破坏设施,突出的瓦斯使人窒息,甚至引起瓦斯爆炸,造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。
我国煤与瓦斯突出矿井多,分布范围广, 并且突出频繁, 突出后，在煤体内形成各种奇异分岔形的突出空洞。
不同类别的突出，起主要动力原因不同，表现的特征不同，采取的防治措施也不同。
因此深入研究煤与瓦斯突出是非常必要的。
1 煤与瓦斯突出的机理、类型与一般规律1.1 煤与瓦斯突出的机理我国根据现场资料和试验研究对突出机理进行了探讨，提出了新的见解和观点,特别是近几年随着研究的深入及新技术手段的应用,产生了许多新认识。
目前已能对突出发生的原因、条件、能量来源作出定性的解释和近似的定量计算,为防治措施选择及效果检验提供理论依据。
概括起来主要有以下几方面:中心扩张学说、流变假说、二相流体假说、固流耦合失稳理论、球壳失稳观点。
国外关于煤与瓦斯突出机理的认识可归为4种观点:地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说和综合作用假说[1,2]。
1.2 煤与瓦斯突出的类型煤与瓦斯的突出包括:煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、煤与CO2突出、岩石与CO2突出等。
由于突出时的原动力和表现现象不同,煤与瓦斯突出可分为突出、倾出、压出等3种情况。
煤与瓦斯突出
煤与瓦斯突出的一般规律
（9）煤层突出危险区常呈条带状分布 前苏联统计资料表明，在突出煤层中，
突出危险区仅占突出煤层区域总面积的10%。
我国统计资料表明，突出煤层中，突出 危险区仅占突出煤层区域总面积的 10～15%。
煤与瓦斯突出的一般规律
（4）突出大多数发生在地质构造带 在3082次有地质构造情况详细记录的突出
中，2525次突出地点有断层、褶曲、火成岩侵 入、煤层厚度变化等地质构造，占81.9%；557 次突出无地质构造，仅占18.1%。
煤与瓦斯突出的一般规律
（5）大多数突出前有作业方式诱导 8480次突出事例统计表明，有8253次
瓦斯突出防治技术
某矿煤与瓦斯突出区域预测结果
瓦斯突出防治技术
工作面预测的常用仪表
MD-2型钻屑瓦斯解吸仪、WTC、TWY型突 出预测仪等。
瓦斯突出防治技术
煤巷掘进工作面预测----钻孔瓦斯涌出初速度法
（1）工作面的软分层中， 靠近巷道两帮，各打一个 平行于巷道掘进方向，直 径42mm，深3.5m的预测钻
瓦斯突出的常见预兆
声响预兆--响煤炮 瓦斯预兆--瓦斯异常、喷孔 煤结构预兆--煤结构紊乱、煤体发暗、煤厚急剧变化 矿压显现预兆--片帮、煤墙外臌、底臌、顶（夹）钻 温度预兆--温度降低、煤墙发凉
瓦斯突出防治技术
非突出层
煤层 区域预测
威胁区 人身防护措施
推进 50 m 危险性预测
突出层 区域预测
1.煤的破坏类型
2.瓦斯放散初速度 指标
3.煤的坚固性系数 4.煤层瓦斯压力
煤层突出危 险性
瓦斯抽采试题(多选题)
多项选择题(共70 题)1.瓦斯抽采工是指从事煤矿井下瓦斯抽采( )等工作的专职人员。
A 钻孔施工B 封孔C 瓦斯流量测定D 瓦斯抽采设备操作答案:ABCD2.煤与瓦斯突出的局部综合防突工作包括：( )。
A 突出危急性推测 B．防突措施 c 效果检验 D 安全防护措施答案:ABCD3.煤与瓦斯突出的安全防护措施包括( )。
A 炮掘工作面设挡栏B 揭穿突出煤层实行远距离爆破 c 设两道结实牢靠的反向风门 D 设置采区避难所、工作面避难所或压风自救系统答案:ABCD4.采煤工作面上隅角处瓦斯积聚的处理方法有( )。
A.风障引导风流法 B 风筒导排风流法 c 逐段距离通风排放法 D 尾巷排放法答案:ABD5.处理巷道顶部层状瓦斯积聚的方法有( )。
A.加大巷道风流速度 B 巷道顶部设导风板 c．封堵顶板裂隙 D．实行钻孔抽采答案:ABCD6.瓦斯矿井的( )掘进工作面必需在工作面设置瓦斯传感器。
A 煤巷 B．半煤岩巷 c．有瓦斯涌出的岩巷 D．全部岩巷答案:ABC7.对于有突出危急的煤层应实行( )等区域性防治突出措施。
A．开采保护层 B 预抽煤层瓦斯 c．远距离爆破 D．煤层注水答案:AB8.地应力、高压瓦斯是突动身生进展的作用力。
( )等防突措施就是降低突出的作用力。
A 开采保护层B 抽采瓦斯C 超前钻孔 D．设置避难所答案:ABC9.掘进工作面中，( )等处简洁形成瓦斯积聚。
A.上山掘进迎头 B．顶板冒落区 C．巷道片帮处 D．下山掘进迎头答案:ABC10.设法增加煤(岩)体的坚同性，可提高突出的反作用力。
()等防突措施，就是增加突出的反作用力。
A 金属骨架 B．前探支架 c 超前钻孔 D 开采保护层答案:AB11.削减掘进工作面的瓦斯涌出量可实行( )。
A.边掘边抽瓦斯 B．煤体注水 c．封堵井巷周壁裂隙 D 负压通风答案:ABC12.按煤层倾角的大小将煤层分为( )。
通常状况下近水平煤层瓦斯含量相对较大。
煤与瓦斯突出预报研究
中图分类号 ：Ｄ １ ． Ｔ ７２ ５
文献标识 码 ： Ａ
文 章编号 ：０ ９５ ８ （０ ８ ０ －０ ６０ １０ －６ ３ ２ ０ ） ２０ ２ －３
Ｓｔ ｙ ｏ ｅ ｃ ｉ ｎ ｏ ｕｄ ｎ Ｐｒ ｄｉｔｏ ｆＣｏａ ｎｄ Ｇａ ｔ ｕｒ ｔ ｌａ ｓ Ｏｕ ｂ ｓ
突 出
当前 ， 多科 研 工作 者 已经 对煤 与 瓦斯 的突 出 许 机理进行 了大量研 究 ， 别是 对 突 出 的影 响 因素 如 特 温度 、 地应 力 、 瓦斯 压 力 、 体结 构 等 多方 面进 行 了 煤 探讨， 取得 了很大 的成果 ， 应 用 于指 导 实践 ， 安 并 对 全 生产起 到了重要 的保证 作用 。其 中综 合假说较 全
度） 两个方 面 的主 要 因 素 ， 因而 得 到 国 内外 学 者 的 普遍认可 。综合假 说 为某 区域 地应 力 越 大 ， 瓦斯 含 量（ 压力 ） 高 ， 越 煤质 越 松 软 ， 则该 区域 突 出危 险 性
句话 说 ， 掘工作 引起工 作面前 方煤 体 中应力 变化 ， 采 导致 瓦斯 存在状况 变 化 ， 当压 力 降低 时 吸 附瓦斯 解 吸 为游离 瓦斯 ， 吸收周 围煤体 的热量 ， 因而煤 体温度 降低 。
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄ Ｃｏ ｌａ ａ ｕ ｂ ｒｔ ｙ ｒ ｓ： ａ ｎｄ ｇ ｓ ｏ ｔ ｕ ：Ｍ ｅ ｈ ｎｓ ；Ｐｒ ｄ ｃｉｎ ｓ ｃ ａ ｉｍ ｅ ｉｔｏ
煤与 瓦斯 突 出 （ 称 突 出 ） 含 瓦斯 煤 层 在 地 简 是 应力 作用下 ， 受采 动影响 ， 生 的煤与瓦斯 向采掘 空 发 间突然涌 出的 动力 现 象… 。实 质 上 是 煤 与 瓦 斯 吸 收的地质 能在短 时间 内集 中释放 的结果 。煤 与瓦斯 突出是煤矿 中一种 极 其 复杂 的 动力 现 象 ， 能量 巨 且
煤与瓦斯突出的危害和预兆范文（二篇）
煤与瓦斯突出的危害和预兆范文由于煤炭是一种常见的能源资源，其开采和使用过程中存在煤与瓦斯突出的危害。
煤与瓦斯突出指的是在煤矿开采中，煤岩中的瓦斯在高压作用下突然释放出来的现象。
这种现象不仅会对矿工的生命安全造成威胁，还容易引发矿井事故。
因此，及时识别煤与瓦斯突出的预兆非常重要，可以有效预防和控制矿井事故的发生。
煤与瓦斯突出的危害主要体现在以下几个方面。
首先，煤与瓦斯突出会对矿工的生命安全造成严重威胁。
当瓦斯突然释放出来时，会引起矿井内部压力的突然增大，导致矿工所处的工作面产生爆炸、坍塌等危险情况。
瓦斯的爆炸性非常强大，一旦发生爆炸，将造成巨大的冲击波和火焰，对矿工造成严重伤害甚至致死。
其次，煤与瓦斯突出会破坏矿井的结构稳定性。
瓦斯的释放会导致煤矿内部的空隙增大，同时增加煤固体间的摩擦力，进一步增加煤层的稳定性问题。
在高压的作用下，煤层可能发生断裂和失稳，导致矿井的坍塌和崩塌现象，严重威胁矿工的生命安全。
另外，煤与瓦斯突出还会引发矿井事故。
瓦斯在空气中形成可燃气体，一旦遇到明火或电火花等外部热源，就会发生爆炸。
矿井事故中的火灾、爆炸常常是由煤与瓦斯突出引发的。
矿井事故一旦发生，不仅会造成矿工伤亡和财产损失，还会给社会带来不良影响，甚至造成环境污染。
煤与瓦斯突出的预兆是指在煤矿开采过程中，可以通过一些特征和现象判断煤与瓦斯突出的可能性。
识别煤与瓦斯突出的预兆对于及早采取相应的防控措施非常重要。
首先，矿井内部瓦斯含量的异常增加是煤与瓦斯突出的重要预兆之一。
瓦斯含量的异常增加可能意味着煤层已经达到了临界点，一旦受到外力作用，就有可能发生煤与瓦斯突出。
因此，对于瓦斯含量的监测是及时识别煤与瓦斯突出的重要手段。
其次，矿井内部地质构造的变化也是煤与瓦斯突出的预兆之一。
地质构造的变化会导致煤层发生断裂和滑动现象，进而增加煤与瓦斯突出的可能性。
因此，对于矿井内部地质构造的监测是识别煤与瓦斯突出的重要手段。
另外，煤层裂隙的变化也是煤与瓦斯突出的预兆之一。
煤与瓦斯突出机理
瓦斯压力
西小茅口灰岩巷 西二半抬高石门
1、中梁山煤矿石门揭煤突出
1.4 揭煤突出过程实测结果
1、中梁山煤矿石门揭煤突出
1.4 揭煤突出过程实测结果
1、中梁山煤矿石门揭煤突出
1.5 对突出过程的认识
震动放炮诱导突出不是炮后立刻发生，有一个短暂的 准备期；
瓦斯潜能的释放是从自由面的浅部向煤体深部扩展， 扩展速度约3～4m/s，突出过程中煤体的破坏先于瓦斯 压力下降； 参与突出的瓦斯量不仅来自突出煤本身，还包括突出 孔周围的卸压部分的煤体；
突出过程的总时间一般几十秒。
2、红色国际工会矿煤巷突出
2.1 研究区矿山地质特征
“红色国际工会”矿K3煤层是顿巴斯突出最危险的煤 层。自1915到1959年，该煤层共突出221次，选择西翼 突出最严重区进行研究。 k3煤层在537m水平产状稳定，倾角65～70°，厚度 1.35～1．75m，平均l.5m；煤层为复杂结构，由五个 分布较稳定不同厚度的分层组成，揉皱煤分层呈带状。 煤层顶板为1.0m的泥岩和0.5m的细砂岩，再往上是 20m的细、粗粒砂岩。底板主要是6m左右的砂岩。区内 无其它地质构造。
谢谢大家！
煤的突然压出：由构造应力或开采集中引起，瓦斯起次
要作用。按形式不同，压出分为两类：
突然移动，煤体整体移动，不抛出煤、不形成孔洞
突然挤出，发生在构造应力大，有软分层等条件下 煤与瓦斯突出：地应力和瓦斯压力共同参与。
2、按动力现象强度分类
小 型 突 出：强度<50t/次
中 型 突 出：强度50～99t/次
2、红色国际工会矿煤巷突出
2.2 研究方法
沿不突出的，厚度仅0.3m的查洛塔尔卡煤层布置考 察平巷，该巷距K3突出煤层底板10m。考察巷道长 90m，考察范围75m，从考察巷沿走向每隔2~4m向 K3煤层打3个穿层钻孔，共布置40个钻孔（直径为 45～50mm）测瓦斯压力、16个钻孔（直径为54～ 56mm）测量煤层压缩变形、在距煤层0.5m底板内安 设仪器记录震动、在突出层巷道内安装仪器记录放炮 和突出时煤块抛射速度，煤巷掘进过程中观察记录地 质构造。 5个钻孔在打钻穿煤时发出破裂声，强烈闷雷声，夹 钻和喷煤等现象。
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第23卷 第3期西安科技学院学报Vol.23 No.3 2003年9月JO UR NAL OF X I .A N U N IV ERSIT Y OF SCIENCE A ND T ECHN OLO GYSep.2003文章编号:1671-1912(2003)03-0245-04煤与瓦斯突出过程中温度变化的实验研究牛国庆1,颜爱华2,刘明举1(1.焦作工学院研究生处,河南焦作 454000; 2.煤炭工业技术咨询委员会,北京 100713)摘 要:介绍了通过实验方法测定在煤与瓦斯突出过程中的温度变化,测定结果证实了在煤与瓦斯突出过程中,瓦斯的膨胀做功过程并非绝热过程,而是一个接近于等温过程的多变过程。
关键词:煤与瓦斯突出;煤体温度;多变过程中图分类号:TD 713 文献标识码:A1 问题的提出煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极为复杂的动力现象,是矿井最严重的灾害之一。
煤与瓦斯突出的综合作用假说认为突出是地应力、瓦斯和煤体的物理力学性质三种因素综合作用的结果,这一观点已被大多数学者所接受。
从热力学的角度看,突出又是一个能量耗散的不可逆过程,多数人主张把突出过程视为绝热过程,理由主要有两点:一是突出过程短暂,只有约40s;二是煤和瓦斯的导热系数低,煤的导热系数为0.186J/m #s #e ,瓦斯的导热系数为0.030J/m #s #e 。
若按绝热过程计算,其热力学公式为图1 实验系统框图F ig.1 Diagr am of exper imental systemT 2T 1=P 2P 1n-1n(1)式中 T 1为瓦斯气体的原始温度,K ;T 2为突出后瓦斯气体的温度,K ;P 1为瓦斯气体的原始压力,Pa ;P 2为环境压力,Pa ;n 为多变指数。
取P 1=0.5M Pa ;P 2=0.1M Pa ;T 1=293K ;n(在此为瓦斯气体的绝热指数)=1.31,得出T 2=200.2K ;$T =92.8e 。
根据突出现场观察,突出时煤体的温度降低幅度远没有这么大,而且若有这么大温差,不产生热交换是不可能的。
因此,突出过程的瓦斯绝热膨胀假设是不合适的。
文中主要介绍通过模拟实验测定煤与瓦斯突出过程中煤体的温度变化,查明温度在瓦斯突出过程中的变化规律,以便于了解能量的转移过程,进一步认识突出机理。
2 实验系统简介整个实验系统包括:加压系统、突出模拟装置、温度检测系统等(图2)。
2.1 加压系统压力机为红山试验厂生产的YE-200A 型液压式200t 压力试验机,主要用于压制型煤。
实验中需对煤样充高压瓦斯,瓦斯压力测定由YQY -18型氧气减压器完成。
X收稿日期:2002-04-10基金项目:河南省自然科学基金项目(994070700)作者简介:牛国庆(1968-),男,河南安阳人,讲师,主要从事安全技术及工程的教学与研究工作.2.2 突出模拟装置根据抚顺煤科院模拟突出的经验,对粒径小于1mm 的煤样,成型压力大于30M Pa 时,可以得到类似于现场Ô,Õ类突出煤。
按照现有200t 压力机的能力,结合材料来源,设计出突出模拟装置净直径为250mm,长600mm 。
用200t 压力机压制型煤时,最大可达30M Pa以上的压强。
图2 瓦斯(CO 2)压力为0.34M Pa 时突出温度变化曲线Fig.2 Curv e of temperature variation with g as (CO 2)pressure 0.34M P a2.3 温度检测系统煤与瓦斯突出过程极为短暂,为了对温度变化进行快速连续检测,我们采用了计算机数据采集系统。
测温设备包括BT S 系列PN 温度传感器、8路温度变送器、PC6310模入数据采集卡、计算机等。
使用时,由温度传感器感应温度信号,经8路温度变送器转变为相应电压值,由PC6310数据采集卡将模拟量转变为数字量供计算机采集。
3 突出模拟实验3.1 煤样的采集与制备实验所用煤样来自焦作冯营矿1201上风道,该煤层曾发生过强烈突出,煤样手试强度极低,手揉即碎。
将所采集的煤样用破碎机破碎,并用标准筛筛出粒径在1mm 下的煤粉。
将筛分好的煤样分4~5次放入突出模拟装置,并称量每次所加煤量,用压力机加压,记录加压数据,以计算应力。
分次加压的目的是克服成型煤样的不均匀性。
3.2 温度传感器的布置型煤压好之后,用电钻在突出装置的螺帽处打孔,将4个温度传感器探头分别放入密封螺栓中,密封螺栓的间隙用AB 胶密封。
标号分别为1号、2号、3号、4号的4个温度传感器沿突出装置轴线方向布置,离突出口的距离分别为140mm,260mm,380mm,500mm 。
然后:打开气罐上的减压阀,向突出装置充气,进行气密性检验。
3.3 实验过程及实验结果布置好传感器、气密性检验过后,用真空泵抽气24h 。
之后,调节减压阀,使瓦斯压力稳定到一定值,开始向突出装置中的成型煤样充瓦斯。
充气12h,使瓦斯吸附平衡。
此时,突出模拟装置中的煤样实际上相当于一个含/瓦斯0的煤层。
实验准备完毕后,突然打开突出模拟装置的把手,则横挡突然松开,突出装置的堵头在瓦斯压力作用下抛出。
若突出装置内的成型煤样在当时的条件下能够突出,则里面的煤体随堵头一同抛出,形成煤与瓦斯突出。
若突出装置内的成型煤样在当时的条件下力量较大,就会形成大型突出;若突出装置内的成型煤样在当时的条件下力量较小,就会出现小型突出现象;若突出装置内的成型煤样在当时的条件下无突出危险,成型煤样稳定不动或有极少量煤体垮落。
突出过程中温度测试步骤如下:在打开突出装置的把手前,先打开数据采集系统,输入时间间隔和传感器的温度标定参数。
一切准备就绪后,开始进行温度的测试工作。
在煤矿开采中,常见的瓦斯气体有甲烷(CH 4)和二氧化碳(CO 2),甲烷比较多见,但其具有爆炸性,在进行突246西安科技学院学报 2003年出模拟实验时,考虑到有大量气体涌出,不太安全,因此实验所用的气体主要为煤体对其吸附能力较大的CO 2和吸附能力较小的N 2。
这两种气体都不具有爆炸,比较安全可靠,适于研究煤与瓦斯突出过程。
CH 4性质介于CO 2和N 2之间,因此可以推断CH 4在突出过程中反映出的规律。
由于篇幅所限,仅给出了瓦斯(CO 2)压力为0.34M Pa 时计算机打印出的突出温度变化曲线(图2)。
4 结果分析煤样充不同压力的CO 2和N 2时产生不同动力现象的实验数据整理如表1,表2所示。
表1 煤样充CO 2时不同动力现象的实验参数表T ab.1 Ex perimental parameters of different outburst phenomena (CO 2)动力现象实验煤样参数突出实测参数环境温度/e所充瓦斯压力/M Pa煤型压制参数压煤量/kg 合计/kg压力/kN 平均压强/M Pa突出煤量/kg温度下降范围/e环境气压/Pa大型突出15.115.20.480.3423.610.65.43.325.49.16.22.942.943.6101610201068102070012001044111621.6921.363641.62.1~3.21.8~2.5100730100880小型突出15.10.3024.611.66.32.244.7100411041040102021.92271.7~2.1100540不突出17.80.1424.611.66.32.244.7100411041040102021.92100620表2 煤样充N 2时不同动力现象的实验参数表T ab.2 Ex perimental par ameters of different outburst phenomena (N 2)动力现象实验煤样参数突出实测参数环境温度/e所充瓦斯压力/M Pa煤型压制参数压煤量/kg 合计/kg压力/kN 平均压强/M Pa突出煤量/kg温度下降范围/e环境气压/Pa大型突出15.10.5119.59.38.84.251.142.951100116810921152107623.5132.950.9~1.5101430小型突出14.20.2222.8514.255.52.7545.35102010501000109021.8817.850.15~0.37100540由表1和表2中实验数据可以看出:1)煤体在发生不同的动力现象时,突出强度不同,煤体温度下降幅度也不相同;瓦斯压力越大,煤体温度下247第3期 牛国庆等 煤与瓦斯突出过程中温度变化的实验研究降幅度也越大。
2)对于同一种煤样,当瓦斯压力接近时,充CO2的煤体突出强度和温度下降幅度比充N2时要大,这主要是由于CO2的吸附和解吸能力比N2大。
3)瓦斯突出过程中,瓦斯气体的膨胀过程不是一个绝热过程,而是一个接近于等温过程的多变过程。
把瓦斯气体看成理想气体,对等式(1)两边取对数得n=1-lnT2T1lnP2P1-1(2)由模拟实验结果可以算出多变指数n,详见表3,其中温度的变化幅度取中值。
表3多变指数计算结果Tab.3C alculation result of polytropic exponent瓦斯压力/M Pa环境压力/Pa环境温度/e温度变化范围/e多变指数0.51(N2)10143015.10.9~1.5 1.002580.22(N2)10054014.20.15~0.37 1.001570.48(CO2)10073014.1 2.1~3.7 1.005880.34(CO2)10088015.2 1.8~2.5 1.006160.30(CO2)10054015.2 1.7~2.1 1.00605上述n值的计算验证了煤与瓦斯突出是一个接近于等温过程的多变过程,并非绝热过程。
这是因为煤是多孔介质,与瓦斯气体接触面积很大,突出过程十分短暂,瓦斯和煤壁有较大的相对运动速度,对流换热成为热量传递的主要方式,可以认为煤与瓦斯的温度是一致的。
因此,瓦斯膨胀做功要大量吸收煤体的热量。
就本质而言,瓦斯的膨胀能来源有两部分,其一是瓦斯的内能,其二是煤的内能。
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