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
封闭空间内煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟
封闭空间内煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟秦跃平;郝永江;刘鹏;王健【摘要】为研究瓦斯在煤粒中流动的基本规律,设计了封闭空间内的煤粒瓦斯解吸实验,分别以菲克和达西定律为基础,建立了该条件下煤粒瓦斯放散的数学模型,通过有限差分的方法进行离散并编制程序进行解算,最终实验和数值模拟都得到了4种粒径的煤样在不同初始压力下累积解吸量随时间的变化关系.根据实验和模拟结果分别绘制ln[1-(Qt/Q∞)2]-t关系图进行对比,结果表明:在菲克模拟中,无论扩散参数B如何变化,其结果始终为一条直线;而达西模拟和实验结果有明显的曲线特征并且两者拟合度较高,说明在封闭空间内煤粒中的瓦斯流动更符合达西定律.结合以往研究可知,无论外部压力变化与否,瓦斯在煤粒内的流动都服从达西定律而不是菲克定律.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)001【总页数】6页(P87-92)【关键词】封闭空间;煤粒;瓦斯;菲克扩散;达西渗流;有限差分【作者】秦跃平;郝永江;刘鹏;王健【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD712责任编辑:张晓宁秦跃平,郝永江,刘鹏,等.封闭空间内煤粒瓦斯解吸实验与数值模拟[J].煤炭学报,2015,40(1):87-92. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0346Qin Yueping,Hao Yongjiang,Liu Peng,et al. Coal particle gas desorption experiment and numerical simulation in enclosed space[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(1):87-92. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0346煤粒瓦斯流动的基本规律一直是广大学者研究的重要问题,是涉及煤层瓦斯含量测定、突出危险性预测参数测定、各种采掘工艺条件下落煤的瓦斯涌出和煤层气开发等方面的关键问题[1-3]。
《2024年风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》范文
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》篇一一、引言煤炭是我国的主要能源之一，煤炭开采过程中瓦斯气体的解吸和排放是一个重要的安全和生产问题。
风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律研究，对于预测瓦斯涌出量、制定煤矿安全生产措施具有重要意义。
本文旨在探讨风流驱动煤样条件下瓦斯解吸的规律，以期为煤矿安全生产提供理论依据。
二、研究背景与意义随着煤炭开采的深入，瓦斯问题日益突出，瓦斯事故频发，给煤矿安全生产带来了极大的威胁。
因此，研究风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律，对于预防瓦斯事故、保障煤矿安全生产具有重要意义。
同时，该研究也有助于深入理解瓦斯在煤层中的赋存、运移和排放规律，为瓦斯资源的开发和利用提供理论支持。
三、研究方法与实验设计本研究采用实验室模拟和现场试验相结合的方法，以风流驱动煤样为研究对象，通过改变风速、温度、压力等条件，观察瓦斯解吸的规律。
实验设计包括以下几个方面：1. 煤样准备：选取具有代表性的煤样，进行破碎、筛分、干燥等处理，制备成符合实验要求的煤样。
2. 实验装置：设计并搭建风流驱动煤样解吸实验装置，包括风流控制系统、温度控制系统、压力测量系统等。
3. 实验过程：在实验室和现场进行实验，记录不同风速、温度、压力条件下瓦斯解吸的数据。
4. 数据处理：对实验数据进行整理、分析，运用数学模型描述瓦斯解吸的规律。
四、实验结果与分析1. 瓦斯解吸量与风速的关系：实验结果表明，风速对瓦斯解吸量有显著影响。
随着风速的增加，瓦斯解吸量呈先增加后稳定的趋势。
在低风速阶段，瓦斯解吸量与风速呈正比关系；在高风速阶段，瓦斯解吸量趋于稳定，风速对解吸量的影响减小。
2. 瓦斯解吸量与温度的关系：温度也是影响瓦斯解吸的重要因素。
随着温度的升高，瓦斯解吸量呈增加趋势。
这是因为在较高温度下，煤样中瓦斯的活性增强，更容易从煤层中解吸出来。
3. 瓦斯解吸动力学模型：根据实验数据，建立瓦斯解吸的动力学模型。
通过模型可以描述瓦斯解吸的过程和规律，为预测瓦斯涌出量和制定煤矿安全生产措施提供依据。
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》篇一摘要：本研究针对风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律进行了探讨，采用实验和模拟相结合的方法，分析风流场对瓦斯解吸过程的影响，从而揭示了瓦斯解吸的规律及其影响机理。
本研究旨在为瓦斯灾害预防和煤层气开发提供科学依据。
一、引言瓦斯是煤炭开采过程中常见的灾害因素之一，其解吸过程受多种因素影响，其中风流场的作用尤为关键。
风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律研究对于预防瓦斯灾害和开发煤层气具有重要意义。
本研究旨在探讨风流驱动下瓦斯解吸的规律及影响机理，为相关领域提供理论支持。
二、研究方法1. 实验方法本研究采用实验室模拟风流场的方法，对不同风速、风压等条件下的瓦斯解吸过程进行实验研究。
通过采集煤样，模拟实际煤矿环境中的风流场，观察瓦斯解吸的规律及变化趋势。
2. 模拟方法采用数值模拟软件，对风流场进行建模和仿真分析，研究风流场对瓦斯解吸过程的影响。
通过模拟不同条件下的瓦斯解吸过程，探讨风流场对瓦斯解吸的影响机理。
三、实验结果与分析1. 瓦斯解吸规律实验结果表明，在风流驱动条件下，瓦斯解吸速率随时间呈指数增长趋势。
风速和风压对瓦斯解吸速率具有显著影响，风速越大，瓦斯解吸速率越快；风压越大，瓦斯解吸量越大。
此外，煤样的孔隙结构和成分也对瓦斯解吸过程产生影响。
2. 风流场对瓦斯解吸的影响机理风流场通过改变煤样内部的气体流动状态和压力分布，影响瓦斯的解吸过程。
风速的增加会加速煤样内部气体的流动，使瓦斯更容易从煤层中解吸出来；而风压的增加则会使煤样内部的孔隙受到更大的压力作用，促进瓦斯的解吸量增加。
此外，风流场还会对煤样的孔隙结构和成分产生影响，从而进一步影响瓦斯的解吸过程。
四、数值模拟结果与分析数值模拟结果与实验结果基本一致，进一步验证了风流场对瓦斯解吸过程的影响。
通过数值模拟软件对风流场进行建模和仿真分析，可以更深入地了解风流场与瓦斯解吸过程的相互作用关系，为瓦斯灾害预防和煤层气开发提供更准确的依据。
安全工程实验4.4煤的吸附常数测定
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一、实验目的
• 了解煤的吸附常数的测定原理及实验设备 • 掌握煤的吸附常数测定方法和数据处理手段
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二、实验原理
• 1、实验原理
煤体中大量的微孔表面具有表面能，当气体与内表面拭 接触时，分子的作用力使甲烷气体分子在表面上浓集，称为 吸附。气体分子浓集的数量渐趋增多，为吸附过程；气体分 子复返回自由状态的气相中，表面上气体分子数量渐趋减少 ，为脱附过程，表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和 脱附速率相等，为吸附平衡。煤对甲烷的吸附为物理吸附。
GB/T211、GB/T212测定水分（Mad）、灰分（Ad，Aad）、挥发分（ Vdaf）和真密度TRD20等；
（3）将盛煤样的称量皿放入干燥箱，恒温到100℃，保持到1h取出，放 入干燥器内冷却；
（4）称煤样和称量皿总质量G1，将煤样装满吸附罐，再称剩余煤样和称 量皿质量G2，则吸附罐中的煤样质量G为：G=G1-G2。
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三、仪器设备
WY-98A型吸附常数测定仪
煤炭科学研究总院抚顺分院
1-电源开关；2-上盖；3-壳体；4-搅拌电机；5-温度传感器；6-加热器； 7-注水口；8-恒温槽；9-放水阀； 10-煤样罐
吸附常数测定仪外观及主机结构示意图
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三、仪器设备
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五、实验数据处理
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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。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用是一个复杂且重要的研究领域，主要涉及煤层瓦斯的吸附动力学模型、解吸动力学模型、吸附解吸动力学影响因素、以及吸附解吸特征的应用等方面的内容。
在煤层瓦斯的吸附动力学模型方面，研究主要关注煤的物理和化学性质对瓦斯吸附的影响，以及吸附动力学过程的机理和规律。
解吸动力学模型则是研究瓦斯在煤体中的解吸过程，包括解吸速率、解吸量以及影响因素等。
这部分的研究有助于理解煤层瓦斯的生成和运移规律，为矿井瓦斯治理和利用提供理论支持。
同时，吸附解吸动力学的影响因素也是研究的重点，这些因素包括温度、压力、煤的孔隙结构、煤的表面性质等。
对这些因素的理解有助于更好地控制和利用煤层瓦斯。
此外，吸附解吸特征的应用也是该领域的一个重要方向。
这些应用包括矿井瓦斯抽采、煤层气开发利用、瓦斯灾害防治等。
通过对吸附解吸特征的研究，可以提高对瓦斯灾害的预警和防治能力，保障矿工的生命安全和煤炭生产的顺利进行。
总的来说，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用是一个涉及多个学科领域的复杂问题，需要从理论和实践两个方面进行深入研究和探索。
安全工程 8.1突出预测指标△h2 、K2和瓦斯解吸速度衰减系数C的测定
3、煤矿井下煤钻屑采集
在石门揭煤工作面打钻时，每打 1m煤孔应采煤钻屑样 1 个。在钻 孔进入到预定采样深度时，启动秒表开始计时，当钻屑排出孔时，用 筛子在孔口收集煤钻屑。经筛分后，取粒度1～3mm（1mm筛上品 ，3mm筛下品）煤样装入煤样瓶3中，煤样应装至煤样瓶标志线位置 （相当于煤样重量 10g ）。采掘工作面打钻时，每2m钻孔采煤钻屑
2、实验室煤样预处理
（1）将制备好的煤样（约150g）装入密封罐中，装罐时应尽量将罐装 满压实，以减少罐内死空间的体积，在煤样上加盖脱脂棉或80目启恒温水浴锅，真空泵，设定水浴温度为 60±1℃，打开密封罐阀门，对煤样进行真空脱气0.5h。
四、实验步骤
（ 3 ）煤样瓦斯吸附平衡。脱气结束后，调整恒温水浴温度为 30±1℃；拧开高压瓦斯钢瓶阀门，使高压瓦斯钢瓶与密封罐连通， 对密封罐煤样进行充气0.5h。
。 将钻屑瓦斯解吸指标的测定数据记录到表 8-1中，并对测定的各项 指标进行分析。
表8-1 钻屑瓦斯解吸指标测定数据分析
六、注意事项
（1）在进行解吸实验时必须在煤样暴露（煤样卸压）时开始准确计时。 （2）读取实验数据时必须保证视线与刻度线相持平。 （3）读取实验数据时应读取解吸仪器的凹液面。 （4）在煤矿井下现场测定时： ①该仪器配备有10只煤样瓶，煤样瓶上刻线位置所标志的煤样重量为
；
C——衰减系数，无因次。
五、实验结果处理
3、解吸指标K2值
解吸指标K2值为煤样自煤体脱落暴露后，第1min内每克煤样的累积
瓦斯解吸量。按下式计算：
K2=（Q+W1）/（t+3）0.5
积瓦斯解吸量， mL/g；
（8-2）
式中： Q——煤样解吸测定开始后， tmin 时解吸仪实测每克煤样的累
煤的等温吸附试验探讨
煤的等温吸附试验探讨煤的形成过程，伴生有丰富的非常规天然气体，俗称瓦斯、煤层气，在煤中主要以游离态、吸附态形式存在。
游离态气体容易脱离煤体而释放出来，在煤的解析试验中也称自然解析气；吸附气则与煤的本身性质有关，煤是一种多孔介质，具有发达的孔隙结构，属于天然吸附剂，煤表面及孔隙内表面对甲烷等气体具有很强的吸附能，气体容易在煤表面及孔隙内聚集，形成气体吸附状态。
煤层气地质勘探中，煤层气储量常采用总含气量进行评估。
评价方法有直接法与间接法。
直接法也叫解析法，直接测定煤芯煤样气含量，包含自然解析量、损失量及残余气量，一般称为常规含量分析；间接法也叫非常规瓦斯测定法，通过吸附常数计算，吸附常数主要通过试验获取，吸附气量则根据吸附常数进行计算。
自然解析量、损失量在常压状态下从煤体自然释放，在封闭空间呈现游离气体特征，试验中可以准确计算；残余气体包括吸附气体与封闭孔隙不可解析气体，封闭不可解析气体在生产中不可获得，一般不予测定；常规试验时，在恒定温度、不同压力条件下测定甲烷吸附量，通过图形拟合间接求取煤的吸附常数。
1 试验原理煤的吸附量一般用Langmuir单分子层气体吸附模型来描述，煤的吸附气体与游离气体随着压力、温度的改变可以互相转化，在温度一定的条件下，通过Langmuir方程来计算煤层气吸附量（Q）。
即2 试验方法2.1 干燥煤样试验(1)测定方法概要：实验室筛分制样，制取粒度为0.2-0.3mm的煤样。
准确称取50g煤样装入玻璃干燥皿中，80℃真空干燥6小时；将干燥煤样装入煤样杯，于60℃水浴中真空脱气4小时。
吸附温度30℃条件下，进行低压吸附，吸附平衡8小时，测定煤样体积；在相同温度条件下，向吸附罐中充入不低于4MPa 甲烷，煤样杯内压力达到平衡后，依次测定6组在相同温度、不同压力条件下的甲烷吸附量。
用压力-吸附量作图，根据Langmuir吸附理论拟合求解煤的吸附常数a、b值。
(2)高压吸附Langmuir方程：2.2 含饱和水煤样试验(1)测定方法概要：将制取好的粒度为0.2-0.3mm的煤样，准确称取35g置于玻璃器皿中，均匀加入适量蒸馏水使煤样全部淹没为止，并充分搅拌，室温下放置2h；用玻璃漏斗过滤出多余的水分；将装有煤样的玻璃器皿放入相对湿度为96%-97%、温度为30℃的干燥器中，干燥器底部装有适量的硫酸钾过饱和溶液；每隔24h称重煤样一次，直到相邻两次重量之差不超过煤样质量的2%，则为煤样已达到水平衡；将达到平衡水分的煤样装入煤样杯中，在吸附温度30℃条件下，向煤样杯中充入不同压力的甲烷，测定6组煤在相同温度、不同压力条件下的甲烷吸附量。
煤与瓦斯突出演化过程模拟实验研究
煤与瓦斯突出演化过程模拟实验研究一、本文概述本文旨在通过模拟实验，深入研究煤与瓦斯突出的演化过程。
煤与瓦斯突出是煤矿生产中常见的地质灾害，对矿工的安全生产和煤矿的经济效益产生严重影响。
因此，深入了解煤与瓦斯突出的演化过程，对于预防和控制这一灾害具有重要的理论价值和现实意义。
本文将首先介绍煤与瓦斯突出的基本概念和特征，阐述其发生的条件和机制。
然后，将详细介绍模拟实验的设计和实施过程，包括实验设备、材料、方法以及实验步骤等。
接着，将重点分析模拟实验的结果，通过数据分析和图像处理等手段，揭示煤与瓦斯突出的演化规律和特征。
本文的创新点在于采用模拟实验的方法，通过控制实验条件，模拟煤与瓦斯突出的实际演化过程，从而更加深入地了解其发生机制和演化规律。
本文还将结合前人研究成果，对模拟实验结果进行验证和对比，以提高研究的准确性和可靠性。
本文旨在通过模拟实验，深入探究煤与瓦斯突出的演化过程，为煤矿安全生产和灾害预防提供理论依据和技术支持。
二、煤与瓦斯突出机理分析煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的一种严重自然灾害，具有突发性强、破坏力大、难以预测等特点。
为了深入了解其发生机理，众多学者进行了大量的现场观测、理论分析和实验研究。
本文将从力学、气体动力学以及物理化学等多个角度，对煤与瓦斯突出的机理进行深入分析。
从力学角度来看，煤与瓦斯突出是在地应力、瓦斯压力和煤体自身强度三者相互作用的结果。
当地应力超过煤体的抗压强度时，煤体发生破坏，形成裂缝和破裂面。
同时，瓦斯压力在裂缝中积聚，当瓦斯压力超过煤体的抗拉强度时，煤体发生突然破裂，瓦斯瞬间释放，形成煤与瓦斯突出。
从气体动力学角度来看，煤与瓦斯突出的发生与瓦斯在煤体中的运移和聚集密切相关。
瓦斯在煤体中的运移受到地应力、煤体孔隙结构、瓦斯压力和温度等多种因素的影响。
当瓦斯在煤体中聚集到一定程度时，形成高压瓦斯包，一旦煤体发生破坏，高压瓦斯包瞬间释放，形成煤与瓦斯突出。
煤与瓦斯突出的发生还与煤体的物理化学性质有关。
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》篇一一、引言随着煤炭开采的深入，瓦斯问题逐渐成为矿井安全的重要隐患。
风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律研究，对于理解瓦斯在煤层中的运动规律、预测瓦斯涌出量、确保矿井安全生产具有重要意义。
本文旨在通过实验研究和分析，揭示风流驱动煤样条件下瓦斯解吸的规律，为煤矿安全生产提供理论支持。
二、研究背景及意义瓦斯是煤炭开采过程中产生的一种有害气体，其含量和涌出规律直接影响着矿井的安全生产。
风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸研究，能够更好地了解瓦斯在煤层中的运动和分布规律，为瓦斯治理和矿井安全提供科学依据。
同时，该研究也有助于提高煤炭开采的效率和经济效益，具有重要的理论和实践意义。
三、研究内容与方法1. 研究内容本研究主要探讨风流驱动煤样条件下瓦斯的解吸规律，包括瓦斯解吸速度、解吸量、解吸过程的影响因素等。
通过实验和理论分析，深入研究瓦斯在煤层中的运动和分布规律。
2. 研究方法（1）实验方法：采用煤样在风流驱动条件下的瓦斯解吸实验，通过改变风速、温度、压力等条件，观察瓦斯解吸的变化规律。
（2）理论分析：结合煤层瓦斯运移理论、多孔介质理论等，对实验结果进行理论分析，揭示瓦斯解吸的内在机制。
四、实验结果与分析1. 瓦斯解吸速度与风速的关系实验结果表明，风速对瓦斯解吸速度具有显著影响。
随着风速的增加，瓦斯解吸速度呈先增加后稳定的趋势。
在低风速阶段，风速的增加能够促进瓦斯的扩散和运移，从而提高解吸速度；在高风速阶段，风速对瓦斯解吸的影响逐渐减弱。
2. 瓦斯解吸量与温度的关系温度是影响瓦斯解吸量的重要因素。
随着温度的升高，瓦斯解吸量呈增加趋势。
这是因为温度的升高能够增强煤层中瓦斯的活性，促进瓦斯的解吸和扩散。
3. 其他影响因素除了风速和温度外，煤的孔隙结构、瓦斯压力等也会影响瓦斯的解吸规律。
孔隙结构越发达，瓦斯的运移和扩散能力越强；瓦斯压力越高，瓦斯的解吸量越大。
五、结论与展望本研究通过实验和理论分析，揭示了风流驱动煤样条件下瓦斯的解吸规律。
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》
《风流驱动煤样条件下瓦斯解吸规律的研究》篇一摘要：本研究针对风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律进行了探讨，分析了煤样在不同环境下的瓦斯解吸特征和规律。
通过对实验数据的分析，揭示了瓦斯解吸的内在机制，为煤矿安全生产提供了理论依据。
一、引言随着煤炭开采的深入，瓦斯问题逐渐成为煤矿安全生产的重要问题。
风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律研究对于预防瓦斯事故、保障煤矿安全生产具有重要意义。
本文通过实验研究，探讨了风流驱动煤样条件下瓦斯解吸的规律和特征，为煤矿瓦斯治理提供理论支持。
二、研究方法1. 实验材料与设备实验选用不同地区的煤样，采用专业的瓦斯解吸实验设备进行实验。
2. 实验过程实验过程中，模拟风流驱动煤样的实际条件，观察瓦斯解吸的过程，并记录相关数据。
三、风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律1. 瓦斯解吸特征在风流驱动煤样条件下，瓦斯解吸呈现出明显的阶段性特征。
初期阶段，瓦斯解吸速度较快，随着解吸过程的进行，解吸速度逐渐减缓。
此外，瓦斯解吸还受到煤样性质、环境温度、压力等因素的影响。
2. 瓦斯解吸规律通过实验数据的分析，发现风流驱动煤样条件下的瓦斯解吸规律主要表现为：瓦斯解吸量随时间呈指数增长，且增长速度逐渐减缓；瓦斯解吸过程中存在明显的“饱和”现象，即当达到一定解吸量后，解吸速度明显降低；不同煤样的瓦斯解吸规律存在差异，这与煤样的性质、结构等因素有关。
四、瓦斯解吸的内在机制通过对实验数据的分析，发现风流驱动煤样条件下瓦斯解吸的内在机制主要涉及两个方面：一是煤样中瓦斯的扩散和迁移；二是煤样与外界环境的能量交换。
在风流驱动的作用下，煤样中的瓦斯通过扩散和迁移作用逐渐向外界释放，同时，煤样与外界环境的能量交换也影响着瓦斯的解吸过程。
五、结论本研究通过实验研究，揭示了风流驱动煤样条件下瓦斯解吸的规律和特征。
实验结果表明，瓦斯解吸过程具有明显的阶段性特征和“饱和”现象，且不同煤样的瓦斯解吸规律存在差异。
此外，风流驱动和煤样性质、结构等因素共同影响着瓦斯的解吸过程。
煤储层吸附解吸特征.ppt
化学键力（多为共价键）
单层或多层
单层
较小，近似等于气体液化 热，ΔH＜0。
无或差（吸附量可不同）
较大，近似等于化学反应 热，ΔH＜0
有较强选择性
可逆
不可逆
快，易达平衡
慢，不易达平衡
低温即可发生（沸点附近 高温>Tb才发生明显吸附。 或以下）
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2. 吸附理论及特征
它四种类型等温线却无法解释。Brunauer 、Emmett 和Teller 三人在1938年提出的多分子层吸附理论（BET理论）较成功 地解释了其它类型的吸附等温线。
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BET理论与朗缪尔理论的相同、不同点的对照:
Langmuir 理论
BET 理论
1
单分子层吸附。只有碰撞到 多分子层吸附：被吸附的分子
固体空白表面上，进入吸附力 可以吸附碰撞在它上面的气体
T f p 或 p f ' T (Γ const)
3）温度一定，吸附量与压力关系，吸附等温线
Γ f ( p) (T const)
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其中最常用的是吸附等温线。三组曲线间可互相换 算。例如由吸附等温线，可算出吸附等压线及等量线。
吸附等温线大致有以下五种类型：
3）被吸附分子在表面上与吸附剂分子发生键的断裂与生成， 所以吸附热与化学反应热有同一数量级，比物理吸附热 大得多。
4）由于键的破坏与生成比较困难，所以不容易达到吸附力 吸附层数 吸附热
选择性 可逆性 吸附速率 发生温度
物理吸附
化学吸附
范德华力
k1 p1 θ N k1θ N
若设：b k1 k1
酸浸颗粒煤瓦斯解吸扩散规律实验研究
酸浸颗粒煤瓦斯解吸扩散规律实验研究
煤层瓦斯是矿井安全生产的主要杀手,同时本身作为一种高效、清洁的能源又具有很高的利用价值,尤其是对煤的瓦斯解吸扩散的研究是煤矿安全生产的重要课题之一。
本文以颗粒煤为研究对象,选取了清水、具有较强氧化作用的Fenton试剂及2种常见的酸(盐酸、醋酸)对煤样进行浸润处理,利用实验室现有的高压变温吸附解吸实验系统对各实验煤样进行了等温解吸实验,分析发现煤样经浸润后其累计瓦斯解吸量、解吸速度均减小,利用杨氏计算方法计算的浸润后煤样的瓦斯扩散系数D均变大,研究认为经酸浸润后抑制了各实验煤样的吸附能力,促进了煤样的瓦斯解吸。
利用低场核磁共振仪测定了浸润前后各实验煤样的孔隙分布特征,分析得到经清水和Fenton试剂、盐酸浸润后的煤样孔隙容积没有发生明显的变化,相比而言,经醋酸浸润煤样的孔隙容积变化相对很明显;对比分析浸润前后煤样的瓦斯解吸扩散特性及其孔隙分布特征,其呈现不一致的变化趋势;利用FT-IR测定了酸浸润前后各实验煤样的表面官能团的组成及其含量变化趋势,探讨了酸浸润颗粒煤解吸扩散特性的影响因素,揭示了颗粒煤瓦斯解吸放散特性不仅受煤样孔隙特征的控制,也与煤颗粒表面的极性和表面含氧官能团的组成与含量有关;通过FT-IR实验证明煤样经过清水、Fenton试剂、盐酸和醋酸浸润后,其表面酸性基团(酚、醇羟基和羧基)均有增加的趋势,而煤表面的酸性基团可以降低煤对甲烷的吸附能力,抑制煤对甲烷的吸附。
研究风流驱动煤体运移条件下瓦斯解吸规律模拟实验设备的制作流程
本技术提供了一种研究风流驱动煤体运移条件下瓦斯解吸规律的模拟实验装置中的第一煤样罐、多节螺旋状管路、第二煤样罐及其中间用于连接的管路构成了井下现场压风取样的相似模型，第一煤样罐的煤样相当于待取样的煤层，多节螺旋状管路相当于钻孔通道、第二煤样罐相当于孔口外的接样罐，再加上风流驱动模拟了井下压风取样的方式，最终达到与井下压风取煤样全过程的高度一致性；具备一份煤样、一次实验、研究两类解吸规律的功能，可为对比分析两类解吸规律提供更加准确、可靠的实验数据；该实验装置煤样瓦斯罐下端采用漏斗型设计，并且将高压气流的管子插入罐体，深入到漏斗型罐盖的出口位置，可以确保罐内煤样在阀门打开后顺利流出，并且无残留。
权利要求书1.一种研究风流驱动煤体运移条件下瓦斯解吸规律的模拟实验装置,包括高压瓦斯储气钢瓶、
高压氮气储气钢瓶、瓦斯减压阀、瓦斯截止阀、氮气截止阀、截止阀、压力传感器、四通控制阀、真空泵截止阀、空气压缩机截止阀、气体流量计、空气压缩机、真空度压力传感器、真空度压力表、真空泵、充气罐、第一煤样罐、多节螺旋状管路、恒温水浴箱、出气口阀、第二煤样罐、三通接头、瓦斯浓度检测仪、高精度排水量筒、数据采集装置、电脑和温度控制器，其特征在于，
所述的高压瓦斯储气钢瓶的出气口连接耐高压管路，该耐高压管路设置一个分支管路连接至高压氮气储气钢瓶的出气口；所述高压瓦斯储气钢瓶的管路上沿出气方向依次安装减压阀、瓦斯截止阀；高压氮气储气钢瓶的管路上安装氮气截止阀；所述充气罐、第一煤样罐、第二煤样罐之间分别通过耐高压管路连接；所述充气罐和第一煤样罐的进气口分别通过四通控制阀连接有四个方向的耐高压管路连接，充气罐的其中一个方向的管路连接高压瓦斯储气钢瓶、高压氮气储气钢瓶，且充气罐和第一煤样罐、高压瓦斯储气钢瓶之间分别安装有截止阀；所述第一煤样罐与充气罐的另一方向管路上分别安装压力传感器；所述第一煤样罐的第三方向的管路上顺次安装有空气压缩机截止阀和气体流量计，并连接至空气压缩机；所述四通控制阀处的管体上还分别连接有截止阀；
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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。
（2）温控单元：恒温水槽，使充气罐和煤样罐以及大部分的管路 都放置在恒温水槽中，通过恒温水器对水槽进行恒温控制，误差±1℃ 。
（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。
实验系统可以同时进行3个煤样的瓦斯吸附-解吸实验，如图8-3所 示，可同时开展3种不同煤样进行同组对比实验，保障了模拟实验条 件（温度、充气压力等）的一致性，通过阀门控制，3个煤样也可视 为3个独立实验系统，小系统又包括了大小煤样罐各一个，大煤样罐 可装入600～1000g左右的煤样，实现了对大质量煤样进行模拟实验 ，起到减小误差的作用；小煤样罐可以装500g左右煤样，可以与瓦 斯解吸实验同步模拟瓦斯解吸指标的测定。
斯解吸指标（K 1值和△h2值）等工作方面突出危险性预测参数，同时 模拟卸压后煤的瓦斯解吸规律，计算煤的瓦斯解吸参数（K1值和△h2
值），并互相校验；在以上实验的基础上，建立突出区域性预测指标 和工作面预测指标的关系。
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四、实验步骤
1、煤样采集
煤样应采集于新鲜暴露的煤壁，采集煤样点数按瓦斯地质单元布置，每 个瓦斯地质单元至少采集有代表性的软、硬煤各1份，每份煤样采集10Kg 左右，并按附表要求描述取样点煤的破坏类型，做好记录。同时收集采样 点附近如表8-3所示的信息。
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三、实验原理
煤为多孔性固体，具有庞大的吸附表面和复杂的孔隙结构，煤对甲 烷有较强的吸附力，吸附量除与煤质因素有关外，还与吸附条件即温 度和压力等因素有关。煤对甲烷的吸附为物理吸附，即吸附和解吸是 可逆的。气体分子在煤粒表面上浓集称吸附，气体分子脱离煤粒表面 称解吸。大量的研究表明，煤层的煤与瓦斯突出危险性与煤的瓦斯解 吸初始段速度、解吸量有密切关系。该实验首先对煤样充一定量的瓦 斯，使煤对瓦斯的充分吸附、达到平衡，以模拟试验矿井（煤层）瓦 斯压力和煤层瓦斯含量等突出区域预测参数；然后实验室测定煤的瓦
××学院
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一、实验目的
通过实验，研究不同煤的瓦斯解吸特性与规律，查
明煤层瓦斯含量和瓦斯压力与煤的瓦斯解吸指标（K1 值和△h2值）之间的关系，为确定煤层突出危险性的区
域性预测指标和工作面预测指标及其临界值提供实验 数据。
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二、仪器设备
实验系统主要分为充气单元、温控单元、真空单元和解 吸单元四部分，如图8-3和图8-4所示。
表8-5 煤样坚固性系数和放散初速度测定结果样表
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四、实验步骤
煤的瓦斯解吸过程所用煤样制备方法：粉碎煤样，将所选煤样过6mm
、3mm、1mm、0.5mm、0.2mm的标准筛组，取小于0.2mm、0.2-
0.5mm、0.5-1.0mm、1-3mm和3-6mm之间煤样颗粒，并将制备后的
2、制备煤样
制备煤样前，首先测定煤的坚固性系数，瓦斯放散初速度、煤的瓦 斯吸附常数、工业分析、真假密度和孔隙率等基本参数，并将测定结果 记入表8-5（吸附常数附等温吸附曲线）。
针对不同变质程度（挥发分或煤的牌号）的煤样，选取软、硬煤样各 两份，每份50g左右，粒度分别为3-6mm和0.17-0.25mm（60-80目 ），为采用压汞法和液氮吸附法测定煤的孔隙结构制备煤样。
© 安全工管路采用的是外径为6mm，内径为4mm的紫铜管 ，原因是它内径比较细，减少了管道内的死空间体积，而且可以根 据实验系统的管路需要随意弯曲变形，并且气密性也有保障；管路 接口所用的阀门都是高压卡套式针阀，公称压力0～16（MPa）， 适用介质油、蒸汽、水、天然气等。
煤样信息记录于表8-6，装入磨口瓶中密封加签备用，每份煤样质量不少
于1500g。
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。
表8-3 煤样采点信息记录样表
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四、实验步骤
在采样点打钻，孔深15m，收集6-7m和14-15m的钻屑， 并将筛分结果记录于表8-4，做粒度分析。煤样采集完成后密 封保存，立即送实验室制备，防止煤样的氧化及水分损失。
表8-4 钻屑粒度筛分记录样表
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四、实验步骤
1-卡套针阀, 2-压力表, 3-高压甲烷气瓶, 4-充气罐, 5-大煤样罐,6-真空表, 7-真空泵, 8解吸仪, 9-恒温水槽
图8-3 构造煤瓦斯解吸规律研究实验系统示意图
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二、仪器设备
整个实验过程可以简单的概括为先对煤样进行抽真空， 连续抽真空12h以上；然后进行充气，煤样对瓦斯吸附12h 以上，达到吸附平衡压力后，开始模拟瓦斯解吸规律的实验 。
表8-7 实验系统气密性记录样表
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四、实验步骤
（2）标定实验系统体积 在正式测定前，进行严格的校准仪器密闭空间是十分必要的。为了保
证实验结果的准确性，需要对充气罐、煤样罐及所属的管路进行体积标 定。
标定的体积包括罐体积和压力表、接头、阀门、连通管的通径体积之 和。标定方法为：先将被测罐及其所含管路与真空脱气单元连通，将其 内部抽成真空，压力降至10Pa，关闭阀门；然后，将其与标准量管接通 ，读取量管初始液面高度值h1；最后，打开阀门让空气进入被测罐及其 所含管路中，此时量管液面上升至h2，h2-h1所对应的量管体积即为被 测罐及所含管路的体积，分别对充气罐和三个煤样罐进行重复实验，并 将测定过程信息记录于表8-8及8-9，如此重复测试5次，取其平均值， 标定实际测量值见表8-8。