基于煤孔隙特征的焦作矿区二1煤层瓦斯吸附/解吸响应特性研究

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煤与瓦斯突出大多发生在构造煤中,众多研究者从构造煤的强度、孔隙结构进行研究,但很少有人将孔隙结构和发生煤与瓦斯突出的瓦斯因素诸如瓦斯含量、解吸速度等联系起来。因此,从煤的微观结构探讨瓦斯吸附/解吸特征,对于认识瓦斯的吸附/解吸、煤与瓦斯突出有一定的指导作用。焦作矿区煤与瓦斯突出强度大、突出频率高,是我国煤与瓦斯突出灾害最为严重的矿区之一。本文采用低温氮吸附法和压汞法,对焦作矿区软、硬煤(即构造煤、非构造煤)的比表面积、孔体积和孔径分布等进行分析,研究孔隙特征的差异性。采用高压容量法分析了软、硬煤的吸附常数,并对软、硬煤的瓦斯含量和瓦斯解吸速度进行了研究。通过分析软、硬煤孔隙结构和瓦斯吸附/解吸的差异性,针对孔隙结构对瓦斯吸附/解吸的控制作用进行研究。  研究结果表明,同一煤层软煤的比表面积是硬煤的1.91倍~26.03倍,而软、硬煤的极限吸附量、瓦斯含量总体上却差别不大,说明由于软煤的孔隙比硬煤发达,瓦斯若要进入更小的微孔隙内,分子扩散阻力越来越大,需要的平衡时间越来越长,软煤的吸附饱和度小于硬煤;结合软、硬煤的低温氮吸附等温线也可以看出,在同一吸附压力下,软煤的吸附量远大于硬煤,且硬煤更容易达到吸附平衡。因此,《煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)》(MT/T752-1997)标准中规定的第一个点吸附平衡7h,当压力大于0.5MPa后每个压力点吸附平衡4h并不足以使瓦斯完全吸附在煤孔隙中,在实际测试煤的极限吸附量时,应延长煤的吸附平衡时间。  煤中的微孔和小孔主要影响瓦斯的解吸量和解吸速度,今后可以考虑利用软、硬煤的微孔和小孔体积建立其与瓦斯含量、V1值、K1值等之间的关系,从而预测煤与瓦斯突出。软煤的微孔、小孔等比硬煤大,吸附瓦斯量理应比硬煤大,但软煤硬度低,颗粒小,当受采动影响时,煤质变得松软,煤中大量开放型孔和一定量的墨水瓶型孔的存在,使得当煤体卸压时吸附态的瓦斯瞬间转变为游离瓦斯大量涌出,软煤在瓦斯放散初期解吸速度V1、解吸量、K1等均比硬煤大,衰减也比硬煤快,大量瓦斯瞬间涌出,极易发生突出。由于软煤的瓦斯损失量比硬煤大得多,且损失的这部分瓦斯无法准确测出,导致实测的软、硬瓦斯含量煤相差不大。因此,在区域突出危险性预测和区域消突效果检验时,应选取软煤来测定瓦斯含量、K1值、V1值和△h2等瓦斯参数,从而更合理地指导瓦斯突出防治工作。
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