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外液侵入对含瓦斯煤体瓦斯解吸影响实验研究

作　者: 张国华
导　师: 张宏伟; 梁冰
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 采矿工程
关键词: 瓦斯抽采瓦斯超限外液瓦斯解吸液置气水锁
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着人们对瓦斯研究和认识的逐步深入，已经由传统的致灾对象逐步转变为资源开采与利用对象，瓦斯抽采技术也因此成了人们研究的重点，所获得的阶段性成果在现场之中也得到了一定程度上的应用。然而，受思想观念、地质条件以及抽采技术等多种因素的影响，瓦斯抽采技术并没有得到有效的推广应用，其中一个很重要的原因是瓦斯抽采效率比较低所致，这也导致了在实施抽采之后工作面在回采过程中瓦斯超限现象仍然存在。据此，结合石油天然气勘探与开采研究领域所给的启示，从提高瓦斯抽釆效率和防止工作面瓦斯超限两个关键问题出发，开展了外液侵入对含瓦斯煤体瓦斯解吸影响方面的实验研究，旨在为解决以上两个关键问题提供一个新思路和新途径。结合目前瓦斯解吸领域实验设备现状和研究问题的需要，自主研发了外液侵入过程中含瓦斯煤体的瓦斯解吸测定装置，以及外液侵入后含瓦斯煤体的瓦斯解吸测定装置，即液置气和水锁实验装置。在此基础上，分别开展了外液侵入过程中瓦斯解吸测定实验,以及带压和常压条件下有、无外液侵入后的瓦斯解吸对比实验。通过外液侵入过程中瓦斯解吸实验，揭示了含瓦斯煤体在JFC渗透剂溶液侵入过程中液置气现象，给出了液置气明显程度与JFC渗透剂溶液浓度以及瓦斯吸附平衡压力水平之间的关系，进而从界面吸附的角度出发，阐释了液置气产生的原因。通过带压与常压条件下有、无外液侵入后的瓦斯解吸对比实验，揭示了水和浓度为0.025%JFC渗透剂溶液侵入后水锁现象，以及其对瓦斯解吸量和解吸释放速度的影响，表明水锁形成后会减少瓦斯的解吸与释放量，同时也会延缓瓦斯解吸释放速度，进而阐释了水锁产生的条件和机理。根据实验分析结果，结合工裎实际，给出了利用液置气来提高瓦斯抽采效率的新思路，以及利用水锁来防止工作面瓦斯超限的新途径。本论文的创新之处在于：自主研发了外液侵入过程中瓦斯解吸实验测定装置和外液侵入后瓦斯解吸实验测定装置，丰富了瓦斯解吸研究领域的实验设备条件；揭示了外液侵入过程中液置气现象和外液侵入后水锁现象，以及其对瓦斯解吸的影响规律，阐释了各自产生的原因和机理；从提高瓦斯抽采效率和防止工作面瓦斯超限两个关键问题出发,给出了解决问题的新思路和途径。该研究对提高瓦斯抽采效率和防止工作面瓦斯超限灾害发生，具有一定的学术参考和应用价值。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
致谢  11-12
1 绪论  12-31
  1.1 问题的提出及研究意义  12-14
  1.2 国内外研究现状综述  14-28
    1.2.1 煤矿领域相关瓦斯方面的研究  14-24
    1.2.2 石油天然气开采领域方面的相关研究  24-27
    1.2.3 国内外研究现状分析  27-28
  1.3 主要研究内容、思路及研究路线  28-31
    1.3.1 主要研究内容与研究思路  28-29
    1.3.2 拟解决的关键科学问题  29
    1.3.3 研究方案与技术路线  29-31
2 实验装置研发设计  31-39
  2.1 外液侵入条件下液置气实验装置设计  31-35
    2.1.1 当前瓦斯吸附解吸实验仪器与装置  31-32
    2.1.2 当前实验设备适用条件分析  32
    2.1.3 外液侵入条件下瓦斯解吸实验条件分析  32-33
    2.1.4 外液侵入条件下瓦斯解吸装置结构  33-34
    2.1.5 实验操作过程  34-35
  2.2 外液侵入条件下水锁实验装置设计  35-38
    2.2.1 当前水锁实验仪器  35
    2.2.2 实验过程条件分析  35-36
    2.2.3 外液侵入条件下水锁实验装置结构  36
    2.2.4 实验操作过程  36-38
  2.3 本章小结  38-39
3 试样基本参数测定与实验参数计算  39-49
  3.1 试样基本参数测定  39-44
    3.1.1 煤样制备  39-40
    3.1.2 外液制备及参数测定  40-42
    3.1.3 系统气密性测定  42
    3.1.4 自由空间体积测定  42-44
  3.2 无外液侵入条件下瓦斯解吸实验参数测定与计算  44-45
    3.2.1 带压瓦斯解吸实验中实验参数确定  44-45
    3.2.2 常压瓦斯解吸实验中实验参数确定  45
  3.3 有外液侵入条件下瓦斯解吸实验测定与计算  45-47
    3.3.1 带压瓦斯解吸实验中实验参数确定  46
    3.3.2 常压瓦斯解吸实验中实验参数确定  46-47
  3.4 有外液侵入条件下液置气实验测定与计算  47-48
  3.5 本章小结  48-49
4 外液侵入过程中瓦斯解吸实验研究  49-59
  4.1 外液侵入过程中瓦斯解吸实验参数测定  49
  4.2 外液侵入过程中瓦斯解吸实验规律  49-58
    4.2.1 瓦斯解吸量变化曲线  49-56
    4.2.2 斯解吸变化规律分析  56-58
  4.3 本章小结  58-59
5 外液侵入后带压瓦斯解吸实验研究  59-70
  5.1 无外液侵入条件下带压瓦斯解吸实验  59-62
    5.1.1 无外液侵入条件下带压解吸实验参数测定  59
    5.1.2 无外液侵入条件下带压瓦斯解吸规律  59-62
  5.2 水侵入后带压瓦斯解吸实验  62-66
    5.2.1 水侵入后带压瓦斯解吸实验参数测定  62-63
    5.2.2 水侵入后带压瓦斯解吸规律  63-66
  5.3 渗透剂溶液侵入后带压瓦斯解吸实验  66-69
    5.3.1 渗透剂溶液侵入后带压瓦斯解吸实验参数测定  66
    5.3.2 渗透剂溶液侵入后带压瓦斯解吸规律  66-69
  5.4 本章小结  69-70
6 外液侵入后常压瓦斯解吸实验研究  70-84
  6.1 无外液侵入条件下常压瓦斯解吸实验  70-74
    6.1.1 无外液侵入条件下常压瓦斯解吸实验参数测定  70
    6.1.2 无外液侵入条件下常压瓦斯解吸规律  70-74
  6.2 水侵入后常压瓦斯解吸实验  74-78
    6.2.1 水侵入后常压瓦斯解吸实验参数测定  74-75
    6.2.2 水侵入后常压瓦斯解吸规律  75-78
  6.3 渗透剂溶液侵入后常压瓦斯解吸实验  78-82
    6.3.1 渗透剂溶液侵入后常压瓦斯解吸实验参数测定  78
    6.3.2 渗透剂溶液侵入后常压瓦斯解吸规律  78-82
  6.4 本章小结  82-84
7 外液侵入条件下含瓦斯煤体瓦斯解吸机理与工程应用建议  84-107
  7.1 外液侵入过程中瓦斯解吸原因分析  84-86
    7.1.1 煤体表面吸附原理  84
    7.1.2 液置气产生原因分析  84-86
    7.1.3 液置气产生机理  86
  7.2 外液侵入后水锁产生机理分析  86-102
    7.2.1 水锁实验规律  86-99
    7.2.2 水锁机理分析  99-102
  7.3 工程应用建议  102-105
    7.3.1 液置气工程应用建议  102-104
    7.3.2 水锁工程应用建议  104-105
  7.4 本章小结  105-107
8 结论与展望  107-109
  8.1 结论  107-108
  8.2 展望  108-109
参考文献  109-117
附录Ⅰ  117-135
附录Ⅱ  135-151
附录Ⅲ  151-185
作者简历  185-188
学位论文数据集  188

外液侵入对含瓦斯煤体瓦斯解吸影响实验研究

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