温度、水分对颗粒煤瓦斯扩散动力特性影响的实验研究

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1、温度、水分对颗粒煤瓦斯扩散动力特性影响的实验研究全日制硕士学位论文温度、水分对颗粒煤瓦斯扩散动力特性影响的实验研究ExperimentalResearchonEffectsofTemperatureandMoistureuponGasDiffusionKineticPropertiesofParticleCoal申请人姓名：唐旭指导教师：王兆丰研究员李志强博士李长松高级工程师学位类别：工程硕士专业名称：安全工程研究方向：瓦斯灾害预测与防治河南理工大学安全科学与工程学院河南理工大学二○一三年六月河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重

2、声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河南理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库

3、进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权书。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日中图分类号：TD722密级：公开UDC：622单位代码：10460温度、水分对颗粒煤瓦斯扩散动力特性影响的实验研究ExperimentalResearchonEffectsofTemperatureandMoistureuponGasDiffusionKineticPropertiesofParticleCoal申请人姓名唐旭申请学位工程硕士学科专业安全工程研究方向瓦斯灾害预测与

4、防治导师职称王兆丰研究员李志强讲师李长松高级工程师提交日期2013.4答辩日期2013.6河南理工大学致谢摘要对于深部煤体瓦斯含量测定、突出预测钻屑瓦斯解吸指标的测定、各种瓦斯强化抽采方法（煤层注热、水射流空化热效应及电场、声场热作用增产等），水分、温度共同耦合作用对于瓦斯扩散过程的影响伴随煤层瓦斯抽采的整个过程，并在不同程度上影响煤层瓦斯含量的精确测定、突出预测指标的合理确定及科学合理的分析各种瓦斯强化抽采的方法和效果。鉴于此，有必要对温度、水分共同耦合作用下颗粒煤瓦斯的扩散特性进行深入研究。本文首先进行单项试验，依次研究了温度

5、对吸附常数（a，b值）的影响，温度和压力对于干煤扩散过程的影响。在此基础上，在实验室模拟了不同含水率颗粒煤在不同温度、不同吸附平衡压力下的吸附-扩散过程，得到了相应的瓦斯扩散量与时间关系曲线，运用Origin软件对实验数据进行分析处理，进一步结合单孔扩散模型计算出扩散系数，分析了水分、温度、吸附平衡压力与扩散系数的关系，并最终得到水分、温度共同耦合作用下颗粒煤瓦斯扩散的部分规律。研究结果表明：1）对于同一吸附剂，在数理关系上，吸附常数a值是常数，不随温度的变化而变化；吸附常数b值随温度的升高而减小；2）在相同条件下，干燥煤样的瓦斯

6、扩散量显著高于含水煤样，水分对颗粒煤瓦斯的扩散量有明显的抑制作用；外在水分可以明显的抑制瓦斯扩散初始速度，同时可以降低瓦斯的扩散能力，从而使瓦斯扩散过程变得比较均匀；3）干燥煤样的扩散系数随温度的升高而逐渐增大，两者关系可以采用修正的阿雷尼乌斯公式关系进行拟合；4）吸附平衡压力对干燥煤样的扩散系数没有影响；5）颗粒煤瓦斯的扩散系数和含水率之间关系可以采用指数函数描述。根据本文研究结果，可以得出以下初步结论：（1）工程应用中，对于同一种煤样，吸附常数a值可以认为是一个常数；b值随温度可以看作线性减小；（2）煤层瓦斯抽采压力对于扩散系

7、数影响甚微；（3）水分对煤层瓦斯扩散作用抑制强烈并且产生水锁效应，降低瓦斯扩散能力；采用煤层注热水、热蒸气方法提高瓦斯抽采效果，需要考虑水锁效应并科学确定注水量和注水温度；相反，也可以利用水锁效应来减低工作面瓦斯超限；（4）在热作用增产煤层气方法的效果分析中，可以采用修正的阿雷尼乌斯公式确定温度与扩散系数关系，从而进行相应的数值模拟计算。关键词：瓦斯扩散颗粒煤扩散系数温度水分IAbstractEffectsoftemperatureandmoistureupongasdiffusionprocessexistinthewholeg

8、asextractionstage,especiallyindeepgascontentmeasurement,desorptionindexesdeterminationofcoaldrillingsinoutburstpredictionand