煤层注水中水分蒸发现象的研究

对煤层注水的水分蒸发现象进行了研究 ;提出了注入水分蒸发的力学平衡公式 ;研究了影响水分蒸发的各项因素。在此基础上 ,提出了在注水钻孔中添加粘尘棒 ,阻止注入水分过早蒸发的新方法 ,并进行了纯水和粘尘棒溶液在煤体中蒸发的试验。     

煤层注射成胶型抑尘剂影响因素及抑尘效果研究

为解决煤层注水降抑尘技术中水分易流失,开采时注水抑尘效果较差等问题,提出一种既能增加煤层保水率又能改善煤层脆性的抑尘方法：研制出以海藻酸钠(SA)为基质的成胶型抑尘剂,并开展比表面积试验、氮气吸附试验、扫描电镜试验和产尘率试验,研究表面活性剂、黏度及注射压力对成胶型抑尘剂的影响。结果表明：表面活性剂有利于煤层润湿,但对抑尘效果影响较小;抑尘剂黏度增大有利于保水,可使保水时间由10 h提升至30 h,但会导致材料难以进入煤层内部;注射压力对于抑尘剂的抑尘效果具有较大影响,当煤层注射压力较小时,抑尘剂难以快速渗入煤的内部孔隙中,随着压力的增大,抑尘剂逐渐渗入煤孔隙中。当注射压力升至3 MPa后,抑尘效果不再随压力的增加而增加,产尘率由4%降低至2.3%,相对降幅达50%,有效降低了产尘。     

润湿型化学抑尘剂的试验研究

利用润湿型化学抑尘剂除尘作为粉尘治理的手段之一,有很好的应用前景和发展空间.在分析了抑尘剂抑尘机理的基础上,对润湿型化学抑尘剂进行了系统研究,对比研究了多种吸湿材料的吸湿保湿能力和几种表面活性剂的润湿能力,优选了氯化钙、氯化镁和曲拉通X-100作为抑尘剂的基料和辅料,进行抑尘剂配方研究并对抑尘剂配方进行了优化.在现场试验中,喷洒添加了抑尘剂配方溶液的粉尘含水率明显高于只喷洒清水的粉尘含水率且保湿时间长;在公路碾压试验中喷洒了抑尘剂溶液的公路的粉尘抑制期达到4d以上,取得了很好的抑尘效果.     

不同磁化抑尘剂对煤粉润湿性影响规律的实验研究

针对微小粒径粉尘具有危害大且难润湿的问题,基于润湿剂与磁场对水滴颗粒的耦合改性机理,研究不同磁场强度下各抑尘剂对煤粉润湿性影响,采用座滴法测定磁化试剂的煤粉表面接触角,通过粉尘润湿机理进行分析,煤尘沉降Walker实验进行佐证,得到抑尘剂种类、浓度与磁化强度对煤粉的润湿性规律。结果表明:未经磁化的高于临界胶束浓度值溶液对煤尘的润湿能力变化不大,阴离子表面活性剂溶液对煤样的润湿能力强于非离子表面活性剂溶液和阳离子表面活性剂溶液;磁化强度为500 mT的磁化溶液对煤尘润湿能力达到最佳效果。     

应用渗透棒提高煤层注水效果分析及试验研究

为改善煤层注水效果,降低粉尘对矿工及设备的危害,开展渗透棒注水煤体润湿效果分析及试验研究。通过建立煤层注水力学模型,运用驱替理论推导注水过程水气动界面的运动特征及润湿半径与注水时间、注水压力和渗透率的关系式;设计普通注水与渗透棒注水对比试验,分析渗透棒注水对煤体润湿效果的影响。试验结果表明:与普通注水润湿半径为6～8 m相比,渗透棒注水润湿半径为20 m以上,是普通注水润湿半径的2～3倍;渗透棒注水能够大幅增大煤体润湿范围、减少工作面钻孔数量、降低注水成本。     

成胶型抑尘剂对煤体协同增润效应研究

为从源头控制煤矿开采过程中粉尘的产生,采用文献分析和试验的方法,筛选出润湿和保水性能较好的海藻酸钠单组分抑尘材料,并以此为基础制备出一种以海藻酸钠为主的煤层成胶增润型抑尘剂,其主要成分构成是质量分数为0.25%的海藻酸钠、0.15%的葡萄糖酸内酯、0.15%的乙二胺四乙酸二钠钙和0.1%的十二烷基硫酸钠,同时对制备的成胶型抑尘剂进行含水量、保水率、扫描电镜和比表面积及孔径测定。结果表明：该抑尘剂能够提高煤层的含水量和保水率,含水量比水为抑尘剂处理后的煤高近4倍,保水率比水处理的煤时间延长2倍以上;扫描电镜测试和比表面积和孔径测试表明,成胶型抑尘剂可增强材料对煤体的胶粘作用,且能够进入煤的内部孔隙在煤内外表面均成胶,有效地提高了保湿效果,实现从根本上控制煤体产尘。     

粘尘帘降尘模拟实验研究

提出了在矿井采用粘尘帘捕尘新方法,根据相似准则,设计与制作了巷道及其尘源的实验模型,通过模拟实验,考察了粘尘帘的降尘效果,分析与确定了粘尘帘的阻力系数、效率常数等参数,指出了这种捕尘方法尚存在的不足之处。     

复合型水雾抑尘剂作用机理与优选方法研究*

为有效提高水雾综合除尘性能,基于水雾捕尘过程及抑尘作用机理,从复合抑尘剂润湿、吸湿、黏结作用组分出发,讨论不同性质粉尘与抑尘剂各组分间匹配协同关系,进而研究复合型水雾抑尘剂优选方法。结果表明:湿润组分优选疏水端含有碳碳双键、醚基或链间存在氢键的表面活性剂;通过改变疏水基链长、不饱和度和支链数等方法,使湿润组分亲水、亲油性与粉尘相匹配。吸湿组分优选体心立方晶胞结构、溶解度相对较小的无机盐或混合配方无机盐,或者含极性强、能形成氢键的基团且空间结构复杂的有机吸湿剂。黏结组分优选溶液黏度高、交联网状、结构复杂的高分子聚合物。在上述组分优选的基础上,通过抑尘剂复配性能实验合理确定各组分的最优配比。     

非阳离子表面活性剂对煤润湿性能影响的研究

为改善煤层注水效果,有效防治矿井瓦斯灾害,研究非阳离子表面活性剂对煤体的润湿影响。选择JCY接触角测试仪和BZY表面张力测试仪测定十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)和辛基苯基聚氧乙烯醚(TX-100)等4种非阳离子表面活性剂在不同质量浓度下的接触角和表面张力,并由此计算溶液的铺展系数、临界表面张力、黏附张力、黏附功和表面自由能等润湿性参数,分析4种表面活性剂对煤体润湿性能的影响。结果表明:4种非阳离子表面活性剂溶液的表面张力和接触角均与其溶液质量浓度成一阶指数衰减函数关系;铺展系数与表面活性剂溶液质量浓度成幂函数关系;黏附功和黏附张力与其溶液质量浓度均成负幂函数关系;表面自由能与其溶液质量浓度成负线性关系;SDBS和SDS溶液的临界表面张力、黏附张力、黏附功及表面自由能均小于AEO和TX-100,但铺展系数大于AEO和TX-100,说明SDBS和SDS对煤体的润湿性能优于AEO和TX-100,对煤层注水效果明显,进而抑制瓦斯浓度超限等灾害。     

煤层注水过程分析和煤体润湿机理研究

分析了煤层注水过程中水在煤体中的运动动力和过程,用界面化学理论分析了煤体表面的润湿过程,得出了煤体能够自行润湿的条件,即润湿过程的润湿功必须为正,同时得出了各种润湿过程的判断依据.根据上述理论分析,阐明了煤层注水降尘的润湿机理,为煤层注水提供理论基础.     

顶板水力挠动强制卸压煤层瓦斯抽采工程实践*

对塑性松软煤体进行水力挠动较难取得理想的瓦斯增浓提效效果,为克服该措施的局限性,使松软煤层有效卸压增透,可将挠动对象转移至煤层顶板砂岩。基于对顶板砂岩水力挠动裂隙发育、延展及煤层卸压增透机理分析,在试验矿井的松软煤层及顶板砂岩中分别施工钻孔进行水力挠动试验,同时采用多级指标对措施后的瓦斯抽采效果进行考察。结果表明:水力挠动作用下砂岩体内部形成有利于下部煤层瓦斯流动的裂隙网络,抽采流量、浓度及累计抽采纯量大幅提高;但由于高压水作用下松软煤体内部发生塑性变形、裂隙堵塞、瓦斯流动性弱化,导致抽采流量、浓度及累计抽采纯量不升反降。研究结果可为松软煤层实施水力挠动提供参考,以期实现较理想的瓦斯治理效果。     

不同裂隙对煤层热流耦合现象的影响

煤炭在构造应力的作用下会产生不同形状的裂隙,不同的裂隙会对煤层内的流动与传热产生影响。以阜新市高德煤矿为例,建立二维物理模型,采用两区域方法构造控制方程组,运用计算机软件对四种裂隙下煤层的流场和温度场进行数值计算。计算结果表明:不同裂隙对煤层流场的影响主要在空气流动侧,对煤层区域影响很小;不同裂隙对煤层温度场的影响主要在裂隙界面上,对外界空气和煤层内部的影响均很小;不同裂隙条件下煤层壁面平均努谢尔特数曲线的契合度随着瑞利数的增加而不断降低,相比标准界面,其他三种界面的煤层壁面平均努谢尔特数值基本一致。研究结果可为煤矿的安全开采提供理论性指导。     

较难注水煤层的注水工艺及参数

根据在晋城矿务局开采3~#煤层进行的注水试验,系统地介绍了较难注水煤层的注水工艺及注水参数。     

水系灭火剂的灭火性能对比分析研究

水是扑救A类火灾最常用的灭火剂,但水也存在流动易损失等不足,通过改变水的物理及化学性能可以提高水的灭火效率.试验表明强化水灭火效果和抗燃效果均优于水,但优势有限且价格较高;润湿水灭火及抗燃趋势均不明显,但良好的润湿渗透作用使其在扑救塑料类等火灾中发挥出明显的优势;粘性水因提高了水的粘度,增加了固水和封堵作用使其在抗燃方面具有显著的优势,其中的无机硅凝胶对堆垛或自燃类火灾的防、灭火效果最好,但高分子水胶体会因添加量小、无腐蚀性等优点替代无机硅凝胶用于煤矿井下火灾的预防和控制.     

高炉喷吹煤评价及配比优化

为了提高某钢厂高炉喷吹煤粉的燃尽率,并实现混煤喷吹的配比最优化,采用热重分析和沉降炉试验研究方法,对单种煤的物化和燃烧性能进行了评价,在此基础上对不同配比的配合煤进行燃烧性能评价。研究结果表明,根据着火点最低和燃尽率最高的选取原则,配合煤的最佳优化配方为:52%混合无烟煤+40%烟煤+8%焦粉,燃烧效果良好。     

等压泄压装置测试含瓦斯煤渗吸效应可行性研究

为解决含瓦斯煤渗吸效应测试方法存在弊端、缺陷等问题,利用自制的等压泄压装置对煤样罐内的瓦斯压力进行连续监测,同时对含瓦斯煤在不同吸附平衡压力和不同含水率等压环境下的最大置换量与非等压环境下的最大置换量进行测试。结果表明:等压泄压装置的可行性（R）在98%~99.3%之间,可用于研究外加水分对煤中瓦斯的渗吸效应;等压环境下的最大置换量大于非等压环境下的最大置换量;相同吸附平衡压力下,随着含水率的增加,最大置换量的差值有减小的趋势;相同含水率下,随着吸附平衡压力的增加,最大置换量的差值亦有减小的趋势。因此,等压泄压装置为研究含瓦斯煤渗吸效应提供可靠的工具,使得到的研究结果更具有工程意义,从而为明晰水力化措施防突机理提供理论指导。     

水分润湿过程中煤中瓦斯解吸规律试验

为了深入探讨水分对煤中瓦斯解吸特性的影响,采用试验和理论分析相结合的方法,按照原煤的固有粒度配比加工制作型煤,充分干燥后使其吸附平衡以模拟原始煤体,然后利用自制的试验装置实现水分自然进入含瓦斯煤,再测试水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内的瓦斯压力变化情况。结果表明:水分润湿含瓦斯煤过程中样品缸内瓦斯压力不断升高,水分能置换出煤中吸附瓦斯;相同吸附平衡压力下,煤样含水率越高,水分占据的有效吸附位越多,累计瓦斯解吸量越大,当煤样含水率达到煤的极限吸水率时,累计瓦斯解吸量达到极限值;同一含水率条件下,随吸附平衡压力增长,煤样吸附饱和度逐渐增加,水分越难进入煤体内部细微孔隙,造成累计瓦斯解吸量逐渐增加,但增幅逐渐减小,随吸附平衡压力不断升高,极限瓦斯解吸量趋于一定值。     

低渗煤层高压水射流割缝强化瓦斯抽采技术研究

为了解决低渗高突煤层瓦斯治理工程量大、效率低难题,提出在煤层中利用高压水射流切割缝槽依靠煤岩自身重力自动卸压强化瓦斯抽采技术。为了确定超高压水射流割缝工艺参数,采用FLAC3D数值模拟方法分析了不同缝槽间距、宽度条件下缝槽周围煤体塑性破坏特征和应力演化规律,得出高压水射流割缝合理缝槽间距为3 m,合理缝槽宽度为100 mm,现场实践表明:高压水射流割缝增大了煤层暴露面积、煤体扰动体积,高负压抽采支管瓦斯流量和浓度显著提升,瓦斯抽采纯量在0.7~1.1 m3/min范围内波动,瓦斯浓度在50%以上,对该矿其他工作面瓦斯治理具有一定借鉴意义。     

生物型表面活性剂在煤表面润湿吸附规律研究

为了探讨生物型表面活性剂溶液在煤表面的润湿吸附规律,选定茶皂素、蔗糖酯、无患子和脂肽这4种结构性能不同的生物型表面活性剂作为研究对象,通过对4种溶液在煤表面接触角和表面张力进行测定,研究这4种生物型表面活性剂在煤表面的铺展系数、黏附功、黏附张力等润湿吸附参数。研究结果表明:脂肽的表面张力、接触角和黏附功均低于其他3种溶液,而其铺展系数高于其他3种溶液,说明脂肽在煤表面的润湿吸附性要强于茶皂素、蔗糖酯和无患子,但是黏附性则低于茶皂素、蔗糖酯和无患子。脂肽对煤体的润湿吸附性能优于另外3种生物型表面活性剂。