热效应对焦煤甲烷解吸迟滞特征的影响研究

为揭示煤中甲烷气体的储运机制,选取井下煤样研究不同温度条件下甲烷气体的等温吸附解吸实验.基于Langmuir模型、等量吸附热计算模型和解吸迟滞系数对实验数据进行分析,研究煤中甲烷气体解吸迟滞现象的热力学特征.结果表明:随温度升高,Langmuir模型得到的吸附常数均呈下降趋势;甲烷解吸迟滞现象明显,迟滞程度随温度升高缓...     

聚/表型复合压裂液性能及其对煤样甲烷吸附解吸特性影响实验研究

为弥补常规压裂液破胶困难、残留多或黏度低、用量大等缺点,将疏水改性羟丙基瓜尔胶与双子表面活性剂进行交联复配,制得1种疏水聚合物/表面活性剂复合压裂液,从黏度、破胶性能以及对煤样甲烷吸附解吸能力影响等方面与常规压裂液进行对比分析。研究结果表明：在同等表面活性剂质量分数下,加入疏水改性羟丙基瓜尔胶的复合压裂液黏度是单组份表面活性剂压裂液的3倍,其破胶时间与表面活性剂压裂液几乎无差别,且仅为HPG压裂液的1/2;复合压裂液对煤样甲烷吸附解吸能力影响明显低于HPG压裂液,其吸附损伤因子虽高于表面活性剂压裂液,但比HPG压裂液低24%。研究结果可为矿用复合压裂液研制提供参考。     

不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附特征研究

为探究煤矿瓦斯气体吸附存在的孔隙孔径大小及煤矿瓦斯突出压力定为0.74 MPa的微观原因,采用计算化学材料软件Material Studio对碳材料孔隙孔径进行模型构建,通过Sorption模块计算不同碳材料孔隙孔径对甲烷的吸附情况,得到了单层和双层不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附数据,然后用内插法得到0.74 MPa条件下单层和双层孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量。结果表明:单层和双层碳材料孔隙孔径对甲烷吸附的最佳孔径分别是10和8;0.74 MPa条件下不同孔隙孔径碳材料对甲烷的吸附量均在75%以上,对于最佳孔径甚至在90%以上。     

硫化氢对不同煤级煤甲烷吸附影响效应研究

为探究H₂S在不同煤级煤体中对CH₄吸附特性的影响效应,利用分子模拟构建肥煤、瘦煤及贫煤3种不同煤级的复杂煤大分子结构模型,并探究H₂S对煤体孔隙的影响作用以及H₂S在煤中的吸附特性,分析不同煤级煤体中H₂S对CH₄饱和吸附量的影响作用。结果显示：煤体表面积与孔隙体积与煤变质程度有关,由大到小依次为肥煤、瘦煤、贫煤;在煤体吸附H₂S过程中,煤体表面及孔隙为H₂S提供吸附场所,且H₂S对贫煤孔隙率影响较为明显;在同温同压条件下,H₂S在同一煤体中的吸附热约为CH₄的1.5倍,在对CH₄及H₂S的双组分气体吸附中,煤体对H₂S的吸附能力大于CH₄;煤体H₂S质量分数在0～1.5%变化区间内,贫煤的Langmuir吸附常数a降幅高达77.4%,肥...     

氢气对预混甲烷/空气燃爆过程的影响

为研究氢气的加入对不同体积分数甲烷/空气预混爆炸过程影响的规律,在尺寸为150 mm×150 mm×1 000 mm的管道中通入体积分数为8%、9.5%和11.5%的甲烷/空气预混气体,然后加入一定体积分数的氢气。氢气所占体积分数分别为0、0.74%、1.48%、2.95%、4.40%。分别对加入不同体积分数的甲烷爆炸过程中爆炸压力、火焰图像和爆炸温度进行测量、分析。结果表明:只有在8%纯甲烷爆炸时能够形成完整的郁金香火焰。8%和9.5%甲烷体积分数试验中,氢气的加入使火焰面由上下对称变得不对称,火焰阵面上移,火焰速度加快;爆炸中的最大超压增大并且最大超压时刻点提前。在11.5%的甲烷加氢试验中,随加氢量增加,爆炸压力、温度、火焰速度分别略微降低。这表明氢气的加入在体积分数为8%的爆炸反应中较大地促进了反应,而体积分数为11.5%时加氢后爆炸反应减弱。通过理论分析计算了半封闭管道中体积分数为9.5%甲烷爆炸温度和实测温度之间的差异。爆炸压力和温度的变化能很好地反映加入氢气对甲烷爆炸的影响。     

温度压力耦合对甲烷爆炸极限影响的试验研究

在对甲烷爆炸极限理论分析的基础上,建立了一套温度压力耦合条件下的气体爆炸极限测试系统,并对甲烷在50~200℃和0.2~1.0 MPa环境条件下的爆炸极限进行了试验研究。结果表明:随环境温度升高和环境压力增大,甲烷爆炸上限升高,爆炸下限下降,爆炸范围变大;在200℃和1.0 MPa条件下,试验测得的甲烷爆炸下限为4.05%,爆炸上限为25.6%,相对于常温常压条件爆炸下限下降了0.95%,而爆炸上限上升了9.6%,这表明初始温度和压力对甲烷爆炸上限的影响较大,而对爆炸下限的影响较小。     

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。     

钻屑暴露时间误差对解吸指标△h2误差的影响

钻屑瓦斯解吸指标△h2是预测煤与瓦斯突出的重要方法之一.通过分析钻屑瓦斯扩散的过程,建立了钻屑瓦斯扩散的数学物理模型,推导出了钻屑解吸指标△h2的解析解.对钻屑瓦斯放散量随时间的变化规律,△h2的绝对误差和相对误差随钻屑暴露时间误差的变化规律进行了研究.结果表明:钻屑瓦斯放散量随放散时间的增长而增加,且增加幅度随时间逐渐减小;△h2的绝对误差和相对误差都随钻屑暴露时间误差的增大而增加.因此,暴露时间的准确性对获得真实的△h2至关霞要.     

块状型煤中甲烷的非等温吸附-解吸试验研究

为揭示煤中甲烷非等温吸附解吸规律,利用实验室试验方法,以块状型煤为研究对象,研究不同温度和压力下的甲烷吸附解吸过程.试验结果表明:相同温度条件下,随着压力的增高,吸附量增加并逐渐趋于平缓;同一压力下,解吸量小于吸附量,解吸出现滞后现象;相同条件下,型煤吸附量小于煤粉试样.不同温度区间,吸附解吸规律不同.在10 ～30℃,同一压力下,随着温度的升高,吸附量和解吸量下降幅度较大;在30 ～ 50℃,吸附量和解吸量出现先升高后降低的趋势,但变化幅度较小,温度变化对于吸附量和解吸量的影响较小.在10 ～ 30℃,温度是影响吸附解吸的主要因素.     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

高温高压吸附后焦煤的孔隙结构变化特性

为研究高温高压气体吸附试验中焦煤基质膨胀后孔隙结构变化特性,首先开展了软、硬焦煤在不同吸附平衡温度(30℃、40℃、50℃)下的高温高压吸附试验,然后利用压汞法测试吸附试验前、后煤样的孔隙结构,研究了不同吸附平衡温度下的软、硬焦煤吸附性能及高温高压吸附试验对软、硬煤孔隙结构的影响.结果表明:在相同温度和压力下,硬煤瓦斯吸附量及吸附常数a均小于相应的软煤;随吸附平衡温度升高,同一煤样的瓦斯吸附量减少;高温高压吸附试验后,煤样含有大量的半封闭型的微孔和小孔,孔隙连通性变差,煤中孔隙向着更加致密的方向发展,有利于瓦斯的储存.     

采空区遗煤自燃升温过程的数值模型及其应用

基于漏风渗流方程、氧浓度渗流-扩散-消耗方程和传热方程,建立了采空区自然发火非定常数值模型,并用迎风格式的有限元方法联立求解.结合实例,从理论上描绘了采空区漏风渗流、氧浓度分布和温度分布,以及它们随时间的加速变化过程,同时给出自燃的附产物CO的分布情况,重点给出了遗煤的自燃耗氧与升温的量化关系.结果表明,通常情况下采空区高温区偏在入风一侧,边界漏风对高温区有一定影响.与传统的采空区冷却带、自燃带和窒息带的三带划分相比,该模型能对自然发火问题给出更准确的解.模拟的自燃升温是加速的过程,同基于实验分析和实际观测得到的规律基本一致.     

预抽煤层瓦斯消突效果评价FTA及综合指标优选

针对预抽煤层瓦斯这一区域性防治煤与瓦斯突出措施的消突效果评价,应用事故树分析法(FTA),可根据导致预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出事故的各种可能途径,以及各个诱导因素对事故发生的影响程度,找到可用于消突效果评价的关键因子,进一步分析出评价指标和评价方案.本文构造出了预抽煤层瓦斯后发生煤与瓦斯突出的事故树模型,通过FTA定性分析,得出了预抽煤层瓦斯消突效果评价因子的客观排序,为区域防突措施消突效果评价提供了一种新的理论方法.     

煤矿乏风瓦斯蜂窝蓄热氧化床阻力特性研究

煤矿乏风由于风排量大、瓦斯浓度低等特点很难利用传统的方式加以利用,一般将其直接排放到大气中,这不仅造成资源浪费而且对天气环境造成严重污染.热逆流氧化装置可以有效氧化乏风瓦斯并回收其中的热量,而由蜂窝陶瓷体填充的蓄热氧化床是其氧化装置的关键部件之一. 通过对蓄热氧化床流动过程进行理论研究,得出3种常用蜂窝氧化床冷热态下的阻力计算数学模型,并结合算例分析得出以下结论:1)冷态下,氧化床阻力损失其孔隙率、通道直径或边长及乏风进气速度等因素相关,在其他条件一定时,阻力损失与乏风进气速度成正比,氧化床通道的边长或直径的平方及孔隙率成反比;2)在相同孔密度和孔隙率的条件下,方形通道蜂窝陶瓷氧化床的阻力损失最大,圆形阻力最小;3)热志下,氧化床阻力损失还与氧化床温度分布有关,某一处压强梯度的大小该处的温度近似成平方的关系;4)氧化床运行时,伴随气体温度和流速在氧化床内部变化,气体所受到的阻力也发生剧烈变化,位于氧化床两端的预热段和蓄热段压强损失较小,而氧化床中心的反应段压强损失较大.     

粒径和温度对玉米秸秆生物碳吸附锶的耦合影响

以玉米秸秆为原材料,在350℃下采用限氧裂解法制备了4种粒径的生物碳(BC-9.31、BC-20.26、BC-71.07、BC-101.90,数字代表样品的中值径,单位μm),对比研究了15℃、25℃、35℃、45℃下生物碳对锶的吸附行为,旨在阐明生物碳粒径和溶液温度对生物碳吸附锶的耦合影响。结果表明:生物碳粒径和溶液温度对等温吸附曲线的基本特征影响较小,Freundlich模型能较好地拟合吸附过程(R2=0.915~0.997,N=0.513~0.745);生物碳吸附锶是以熵驱动为主的物理吸附过程,熵变ΔS为75.66~99.43 J/(mol·K),焓变ΔH为18.18~25.84 k J/mol;生物碳对锶的吸附性能大体与溶液温度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关,同时颗粒粒径与溶液温度存在耦合影响;生物碳粒径越小,锶吸附过程受温度影响越小;温度越高,锶吸附受粒径影响越小。     

焦化厂环境粉尘中多环芳烃污染危害分析

分别采集某焦化厂办公区、新厂地面站、炼焦一车问、焦炉炉顶、老厂地面站环境中的粉尘样品,通过超声波萃取和高效液相的方法,测定了总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）、苯并[a]芘（BaP）以及美国EPA优控的14种PAHs的浓度,并对照我国环境空气质量标准（GB3095—1996）,分析了焦化厂环境粉尘中多环芳烃的污染状况。由分析可知,焦化厂环境中总悬浮颗粒物TSP的浓度（除了老厂地面站）、可吸入颗粒物PM10的浓度、苯并[a]芘的浓度均超过国家环境空气质量标准规定的限值。通过计算粉尘中多种PAHs相对于苯并[a]芘的等效浓度可知,粉尘中多种PAHs的共同作用,大大提高了粉尘的毒性。     

新疆矿区煤矿瓦斯排放现状与趋势分析

为获得新疆矿区当前生产规模对应的瓦斯排放基量,调查了研究矿区生产矿井的瓦斯排放现状.根据各矿区2004-2006年生产矿井的开采煤层、生产水平、生产规模和瓦斯排放等参数,对不同矿区和煤田进行了统计分析,计算了新疆矿区当前生产规模对应的瓦斯排放总量,同时对重点瓦斯防治矿区和一般瓦斯防治矿区进行了分类.调查结果表明,新疆矿区煤矿平均吨煤相对瓦斯涌出量由2004年的2.82m3/t增加到2006年的3.09 m3/t,呈逐年递增趋势; 新疆矿区2004-2006年的年平均瓦斯(CH4)排放量为1.05×108 m3/a;准南煤田(I)和塔北煤田(VI)的平均绝对瓦斯涌出量分别占全疆绝对瓦斯涌出总量的64.82%和15.19%,为相对瓦斯富集区,也是当前瓦斯防治的重点区域.按照矿区3年平均绝对瓦斯涌出量(大于1.00m3/min)或平均相对瓦斯涌出量(大于5m3/t)将新疆矿区分为重点瓦斯防治矿区和一般瓦斯防治矿区,并提出了瓦斯分类治理的具体建议.应用灰色系统理论,结合调查数据分别求解了新疆矿区原煤产量与绝对瓦斯涌出量的GM[1,1]预测模型.本研究为新疆煤炭资源后续规模开发过程中的相关环境决策和节能减排政策的实施提供了依据.     

马钢煤焦化公司开展危险源(点)辨识与分级控制管理的经验

通过对煤焦化生产企业中危险源 (点 )的确定和辨识依据进行阐述和分析 ,采用定量统计方法 ,并结合生产实际情况将所有危险源 (点 )分成三级 (公司或厂级、车间或部门科室级、班组或岗位级 )控制管理 ;从而实现贯彻企业安全管理工作“全员参与、全面管理”的方针 ,预防和避免各类事故的发生 ,使安全工作步入科学化、规范化轨道 ,为企业生产经营创造一个健康和稳定的环境。     

船舶载运煤炭甲烷释放特性研究

为了研究船舶载运煤炭甲烷释放规律,基于Fick扩散定律建立了货舱甲烷体积分数计算模型,分析了不同扩散系数条件下甲烷释放量与时间的关系,确定了空隙系数的取值范围,通过对某船舶煤炭运输过程中甲烷体积分数随船实测对模型进行了验证.结果表明,货舱甲烷体积分数随运输时间增加而增加,扩散系数为1.0×10-8 cm2/s时,甲烷释放量达到极大值;煤炭的空隙系数基本在0.53～ 0.57 m3/t之间.当煤炭极限甲烷解吸量为1.6 ～ 3.83 m3/t时,货舱甲烷最高体积分数在0.53％ ～ 1.22％,5个货舱中4个货舱的甲烷释放量与理论计算相吻合,1个货舱的最大甲烷释放量高出理论计算量6％,船运煤炭过程中的甲烷释放计算模型与实测结果较为吻合.对于甲烷体积分数超限的货舱,及时通风可使甲烷体积分数迅速降低,有效地解决船运煤炭过程中甲烷体积分数超限的问题.