构造煤原生结构煤微孔特征的多重统计对比及其差异成因机制

孔径小于2 nm的微孔孔隙控制着煤的吸附能力,开展构造煤与原生结构煤微孔特征的对比研究有助于厘清构造煤是否具有超强瓦斯吸附能力。为统计确证构造煤与原生结构煤孔径小于2 nm的微孔孔隙是否存在显著差异,判断造成微孔孔隙特征变化的主控因素并探讨其原因,对鹤壁六矿、平顶山八矿和淮南谢桥矿3组采自同一煤层共生的构造煤与原生结构煤煤样,采用CO2吸附法测定了孔径小于2 nm的微孔孔隙特征参数,并基于CART递归分割、LSD多重比较及多元方差分析等统计分析方法对构造煤与原生结构煤的微孔孔容进行了多重统计对比研究。结果表明:1)构造煤与原生结构煤孔径小于2 nm的微孔孔容没有显著差异;2)构造变形作用对孔径小于2nm微孔孔隙变化的影响远小于变质作用;3)构造煤的吸附能力不是构造煤发育煤层易突出的主要原因;4)煤类微晶结构参数的变化是煤微孔形成的主控因素。     

纳米级孔隙对构造煤吸附瓦斯能力的影响

为了理清构造煤是否具有超强瓦斯吸附能力及纳米级孔隙与吸附能力的关系,通过压汞、低温液氮吸附和高压等温吸附试验,对比分析采自焦作、平顶山和永夏矿区的不同煤级的IV—V类构造煤和同层共生的原生结构煤在孔隙结构、瓦斯吸附能力方面的差异,并探究纳米级孔隙与吸附能力关系。结果表明:煤中纳米级孔隙是比表面积的主要贡献者,是煤吸附瓦斯能力的决定因素;构造煤相对于同层共生的原生结构煤,纳米级孔隙和比表面积略有增加,吸附能力增加不大,且不具有超强吸附能力;构造变形作用对纳米级孔隙变化及吸附瓦斯能力的影响远小于变质作用。     

粒径损伤对原生煤和构造煤孔隙结构与分形特征的影响*

为了分析构造煤与原生煤因孔隙结构不同而导致的内部瓦斯存储和运移所存在的差异性。结合低温液氮实验,分析2种煤样的孔隙特征参数与分形维数之间的关系,发现破碎作用对原生煤和构造煤孔隙的破坏路径略有区别。对于原生煤,破碎作用先作用于较大孔隙,之后对微孔产生影响;而对于构造煤,破碎作用直接对较大孔隙和微孔隙产生影响。研究结果表明:原生煤孔隙表面越粗糙、微孔比表面积越大,吸附能力越强;构造煤孔隙结构越复杂、微孔孔容越大,吸附能力越强。研究结果可为构造煤与瓦斯突出的防治提供研究基础。     

微生物作用下煤体微观结构演化特征研究

为研究功能微生物作用下煤体微观结构演化特征，选用山西寺河矿无烟煤作为底物，添加功能菌剂进行微生物厌氧降解煤驱动瓦斯解吸实验。通过压汞实验、低温N₂吸附实验和X射线衍射仪测试分别对微生物降解前后煤孔隙结构发育及晶体结构演化特征进行表征。研究发现：微生物降解后，一方面煤体微孔、过渡孔、中孔孔容及比表面积下降，大孔孔容及平均孔径得到显著提升，煤体孔隙结构发育明显；另一方面，煤体结晶度降低，内部晶体结构变疏松，大分子间排列更加无序。煤在功能微生物降解后实现增透效果，吸附能力降低，从而促使煤体内瓦斯快速解吸。     

煤体结构对瓦斯解吸放散特征影响试验研究

为研究不同煤体结构煤在瓦斯吸附解吸与放散规律方面的差异性,对寺家庄矿15#煤层煤样进行等温吸附/解吸试验与恒温瓦斯放散试验,研究了构造煤与原生煤的吸附/解吸参数以及在不同吸附压力下的瓦斯放散特征。研究结果表明:构造煤的瓦斯吸附能力稍大于原生结构煤,吸附常数a值较原生煤提高6.3%左右;构造煤与原生煤的瓦斯放散曲线有较大差异,尤其体现于瓦斯放散初期,构造煤瓦斯放散速度更大,就达到极限解吸量所需时间而言,构造煤所需时间更短;瓦斯放散曲线拟合结果表明,孙重旭式与乌斯基诺夫式能够分别准确描述原生煤与构造煤的瓦斯放散过程。     

软硬煤瓦斯解吸规律及影响因素的实验研究

为了研究软硬煤瓦斯解吸规律,搭建了大质量瓦斯解吸实验系统,进行了不同变质程度软硬煤的瓦斯解吸实验,对比分析了软硬煤的孔隙结构特征,查明了软硬煤的瓦斯解吸规律及影响因素。研究结果表明:软煤相对于硬煤,具有更多的瓦斯解吸总量和更快的解吸速度,采用幂函数可以较好的描述软硬煤的解吸规律,煤的破坏类型和变质程度是影响瓦斯解吸量的主要因素;软硬煤瓦斯解吸规律的差异性主要受煤的孔隙结构影响,软煤总孔容是硬煤的1.18～2.14倍,且软煤中孔及大孔更为发育,这为瓦斯解吸提供了更优质的通道;软煤相对硬煤在同等条件下变质程度更高,煤吸附甲烷的能力更强,这有利于软煤瓦斯解吸量的增加及解吸速度的加快。研究成果为准确测试煤层瓦斯含量和钻屑解吸指标提供了理论依据。     

贵州北部突出煤的孔隙结构及分形特征研究

为揭示突出煤孔隙结构对瓦斯吸附能力与放散性能影响,通过贵州北部3个典型煤矿煤样的低温液氮吸附试验,研究突出煤比表面积、孔容、孔隙平均孔径、最可几孔径、分形维数等5种孔隙结构参数,以及突出煤孔隙的瓦斯扩散模式,分析突出煤孔隙特征参数对吸附能力和放散初性能的影响特征。结果表明:突出煤的孔隙结构较为发育,孔隙通透性较差;孔隙中气体以过渡型和菲克型扩散为主;相比温度,压力和孔径对努森数影响更明显;突出煤孔隙特征参数与瓦斯放散初速度呈较好的线性关系,且分形特征明显,吸附能力随分形维数呈二次函数递增,瓦斯放散初速度随分形维数线性增大。     

高压注水影响阳泉3号煤孔隙特性的试验研究

为深入探讨煤层注水的防突机理,采用压汞法测试阳泉3号煤干燥煤样和高压注水后煤样的孔隙特性,通过试验发现:注水后煤样孔容、平均孔径、孔隙率及渗透率比注水前分别增加45.17%,48.88%,46.26%和122.95%;而且试验煤样孔隙发育,裂隙和大孔占总孔容的90%以上,过渡孔和微孔占总比表面积的99%以上。试验结果表明,注水前后试验煤样孔隙特性的发生明显变化,说明高压注水对阳泉3号煤的孔隙特性影响显著。通过分析认为,阳泉3号煤具备注水防突的条件,在孔容方面,裂隙和大孔发育,有利于煤层注水水分充分运移;在比表面积方面,以微孔为主,有利于水分在大孔通道中封堵吸附瓦斯,在毛细管力作用下形成抑制解吸效应。     

低阶煤孔隙结构特征及其对瓦斯吸附的影响

为分析低阶煤孔隙结构特征及其对瓦斯(甲烷)吸附特性的影响,采用高压容量吸附装置对3个低阶煤煤样和一个高阶煤煤样进行等温吸附试验和低温液氮吸附试验,并对比分析不同变质程度煤的吸附性能和孔隙结构。结果表明:低阶煤的吸附特性符合朗缪尔(Langmuir)方程;不同变质程度煤孔的结构存在明显差异,不同低阶煤的孔隙结构基本相近,在高压段均出现微小的滞后环,其孔形以两端开口的楔形孔为主,其对瓦斯的吸附主要集中于中孔和微孔中,中孔占比更大;煤体孔隙比表面积决定瓦斯吸附能力,中孔的比表面积与煤样的Langmuir体积线性相关,对吸附起决定性作用,而微孔的比表面积与Langmuir体积没有明显的正相关关系。     

黑碳对土壤中农药呋喃丹吸附与解吸行为的影响

为了考察黑碳对土壤中呋喃丹吸附与解吸行为的影响,选取小麦秸秆,分别在250℃、450℃和850℃下制备黑碳,测定了黑碳的比表面积和孔体积;采用批处理振荡法测定了呋喃丹在人工添加黑碳土壤中的吸附-解吸行为.结果表明,随制备温度升高,黑碳的比表面积、孔体积和微孔率增大;人工添加黑碳的土壤对呋喃丹的吸附容量和吸附强度随黑碳添加量增加而逐步增加,吸附和解吸等温线的非线性也逐步明显.添加高温制备黑碳的土壤比添加低温制备黑碳的土壤吸附容量、吸附和解吸的非线性均增加.吸附农药的解吸迟滞作用与土壤中黑碳的质量分数密切相关,添加高温制备黑碳的土壤解吸迟滞现象明显.因此,土壤中添加黑碳在一定程度上保证了土壤使用的安全性.     

焦化受煤塔爆炸的原因分析

焦化受煤塔是一个储存和转运混合煤的设施,冶金炼焦混合煤的颗粒度为2-4mm,且煤粉中含有一定的湿度(水分),在一般的环境下发生爆炸的可能微乎其微.为什么会发生爆炸?爆炸的原因是什么?只有分析出准确的原因,才能制订有效的防范措施,防止事故的重复发生.     

温度对煤体坚固性系数的影响试验

为了研究煤体坚固性系数(f)随温度变化的规律,对f的测量试验装置进行了改进,然后在温度为-20-60℃时测定了若干组贵州煤样的f,并对温度为0～60℃时的数据进行了分析.结果表明,无论是突出还是非突出煤体的f均随温度升高而变小,随温度降低而增大,且呈线性关系;非突出煤样的f随温度变化的幅度往往大于突出煤样.研究表明,尽管f受温度影响较小,但当f接近现行的突出指标临界值0.5时,须根据井下煤层的环境温度测定其对应的f,才可将此时的f作为判断突出危险性的可信参数,否则容易误判.     

影响酸法提取煤矸石中氧化铝主要因素的试验研究

对煤矸石中有用元素的提取,是煤矸石深度利用开发的一个方向。从山西柳林煤矸石入手分析其组成与结构,采用X射线衍射来分析不同煅烧温度下煤矸石的晶型变化。研究了煤矸石在硫酸介质中氧化铝浸出的影响因素,较好的工艺条件如下:煤矸石活化温度为750℃,酸浸温度为100℃,酸浸时间为4 h,酸矸比为1.1∶1,固液比为1∶3。在此条件下Al2O3的浸出率可以达到85.2%。     

Study on difference of outburst elimination effect between sub-layers of soft coal and hard coal under the condition of gas per-drainage

The effect of drainage and outburst elimination are obviously different between soft and hard coal sub-layers under per-drainage of coal seam, and hence, the location of per-drainage borehole related to the soft sub-layer is the key that determines whether the outburst can be eliminated in whole coal seam. This paper discusses the differences between soft and hard coal from fields of pore radius distribution, pore structure, surface area and permeability, and the per-drainage effect was numerical simulated under different distance between per-drainage hole and soft sub-layer. Moreover, the optimum hole arrangement of outburst elimination is given in the paper. The result of research shows that the macro-pore with aperture that is larger than 50,000 nm, is dominant at about 50% in hard coal, correspondingly, the micro-pore with aperture less than 100 nm accounts for about 41.23% in soft coal. The surface area of soft coal is 1.6 times as that of hard coal. The residual gas content in soft coal sub-layer is obviously more than it in hard coal sub-layer under the same pre-drainage condition. To 5.5 m-thick coal seams which top is a soft coal sub-layer of 0.5 m-thick, pre-drainage gas can eliminate danger of gas outburst in whole coal seam at the seam time after 455 days drainage when the per-drainage holes are 1.0 m distances from the soft coal sub-layer.     

我厂喷煤车间粉尘治理的改造

简要概述了马钢第二炼铁厂近年来在喷煤工艺流程中对粉尘治理方面的一些改造措施和方案 ,并介绍了改造后的效果。     

石门揭煤工作面煤与瓦斯突出预测的理论分析

目前,我国石门揭煤工作面突出事故仍时有发生。为了研究石门揭煤工作面煤与瓦斯突出(以下简称"突出")预测问题,首先,根据工作经验指出我国《防治煤与瓦斯突出规定》中2种预测方法(综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法)存在的不足,即预测指标缺乏理论依据、临界值往往难以通过试验考察确定;其次,建立了石门揭煤工作面突出预测的物理模型,认为突出主要是爆破卸压增渗与瓦斯渗流产生的剪应力达到了煤体的剪切强度所致(突出的必要条件而非充要条件);第三,采用变分法求解强非线性一维平面瓦斯渗流偏微分方程,获得包括非线性特性的自模拟解(近似解析解);最后,利用自模拟解等建立了石门揭煤工作面突出预测的临界条件,得到了瓦斯压力的临界值p0max与煤的坚固性系数f的平方成正比的结论。介绍了俄罗斯现行防突指南中的临界条件(p0max1.4f2)及有关情况,建议作为综合指标法等的辅助指标用于石门揭煤工作面突出预测,也可供斜井、立井揭煤工作面突出预测参考。     

热源及空隙率对上部松散煤体影响的试验研究

为研究热源及空隙率在松散煤体内自卷吸供氧过程中对上部松散煤体的影响,利用自制的高温松散煤体自吸氧试验装置,测试了热源温度分别为30℃、60℃、90℃、120℃、150℃、200℃时,粒径分别为1~3 mm、3~5 mm、5~7 mm、7~10 mm、10~15 mm的松散煤体的内部温度,计算了不同热源强度下松散煤体内部的浮升力。结果表明:1)当热源温度及煤体空隙率一定时,各测点温度分布基本呈线性变化规律,但是随着热源温度不断升高,线性变化规律减弱;2)空隙率一定时,随热源温度升高,松散煤体内各测点温度增大,各测点的温度梯度也增大;3)当热源温度值一定时,随煤体空隙率的增大,同一测点的温度值整体增大;4)随热源温度升高,煤体内各相邻测点区间浮升力大致呈指数规律变化;浮升力随热源升高而增大,不同测点区间的浮升力影响因素不同;当热源温度一定时,距离热源区间越远,煤体浮升力越小。     

封存过程中CO2流体与煤中矿物作用关系研究进展

利用深部煤层封存二氧化碳(CO2),既能减排主要人为温室气体CO2,又能同步开采煤层气(主要成分为甲烷,即CH4)。在适宜CO2封存的含煤储层条件下,CO2属于超临界流体,其易与煤中部分无机矿物发生作用,进而改变煤的理化性质,最终影响煤层的CO2封存效果。为此,归纳了煤中易与CO2发生作用的矿物分布特征,分析了CO2与矿物间的作用规律及其对煤理化性质的影响,并指出了后续研究方向。结果表明,煤中易与CO2流体发生作用的无机矿物主要包括碳酸盐矿物和黏土矿物。上述矿物的分布与煤变质程度和沉积环境有关。在封存过程中,超临界CO2流体与煤中矿物间的作用会改变煤体孔隙结构、煤的CO2吸附能力和含煤储层渗透率。针对CO2与煤中矿物的作用关系,后续需开展以下研究:CO2流体与煤中矿物之间的微观作用机理;CO2流体与煤层顶底板中主要无机矿物的作用规律;实际储层条件(温度、压力和地应力等)对CO2与矿物之间作用关系的影响;CO2与矿物之间的相互作用对同步采收CH4的影响。     

高硫煤增钙粉煤灰矿物组成特性试验研究

粉煤灰的矿物组成是决定粉煤灰资源化水平的重要指标.调整粉煤灰矿物组成,改善其水化活性,是提高粉煤灰资源化水平的重要手段.为获得高硫煤增钙粉煤灰矿物组成变化规律,以高硫长广煤为试验煤种,在两段多相反应实验台上开展了高硫煤增钙粉煤灰矿物组成特性试验研究.对试验获得的粉煤灰样品进行了XRD、SEM和EDS图谱分析.试验结果表明:长广煤原状粉煤灰晶体矿物主要由莫来石、石英、斜铁灰石等非水化活性矿物组成;随着混合煤粉中添加的CaO质量分数在0%～35%范围内逐渐增加,增钙粉煤灰矿物组成中具有水化活性的2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3和3CaO·3Al2O3·CaSO4等矿物出现并逐渐增加,非活性成分逐渐消失,但粉煤灰矿物组成中早强、高强矿物质量分数较低;当混合煤粉中同时添加适量的CaO和MgO,增钙粉煤灰矿物组成中出现了水化活性优良的Q相矿物,且其质量分数达27.2%,粉煤灰矿物组成得到了进一步的调整和优化.高硫煤增钙粉煤灰矿物组成特性试验将为高硫煤增钙粉煤灰资源化提供新的技术选择.     

煤层注水抑制瓦斯解吸效应试验研究

煤层注水宏观上具有疏松煤体、卸压排放瓦斯的效应,这是人们对煤层防突机理的初步认识。为进一步认清煤层防突机理,采用实验室试验和现场测试相结合的方法,在实验室中使干燥煤样在煤样罐中预先吸附瓦斯来模拟原始煤层,然后向试验煤样高压注入水分,注水后再测试瓦斯解吸等温特性曲线、瓦斯解吸速度及残存瓦斯含量。测验结果表明,注水后瓦斯解吸等温特性曲线上移,初始瓦斯解吸速度变小且衰减速度变慢,残存瓦斯含量增加,现场测试钻屑瓦斯解吸指标值降低。通过分析测试结果认为,注水后,水分进入并留存在煤体的微孔隙中,对煤层瓦斯具有抑制解吸效应,而抑制解吸效应可以降低瓦斯初始解吸速度,使瓦斯解吸过程变缓,避免瓦斯突然快速解吸。这是煤层注水防治煤与瓦斯突出的一项重要机理。