摘要：煤粒的瓦斯放散规律、机理和模型的探讨是煤层瓦斯含量测定、突出危险性预测参数测定、落煤的瓦斯涌出和煤层气开发等方面的关键科学不足之一。采取物理模拟试验、孔隙结构实验测定、数学建模、论述浅析和数值解算等策略，探讨了煤粒瓦斯放散规律及其影响因素、瓦斯放散机理和物理数学模型，探讨成果改善了煤粒瓦斯放散规律和论述。研制了具有温控功能的大质量煤样高效瓦斯吸附解吸实验系统，实验探讨了吸附平衡压力、变质程度、破坏程度、粒度、水分和环境温度等因素对煤粒瓦斯放散动力学的影响规律和机理；采取压汞、低温液氮等温吸附和扫描电镜等手段测定了不同变质程度和不同破坏类型煤的孔裂隙结构参数，结合前人关于煤分子结构和孔隙结构的探讨成果，探讨了变质程度和破坏程度对煤的孔隙结构制约特点，探讨了动力变质对瓦斯放散规律的影响，进一步改善了变质程度和破坏程度对煤粒瓦斯放散影响规律和机理；在实验探讨基础上，根据气体在多孔介质扩散论述，补充改善了煤粒的瓦斯放散机理，结合变扩散系数规律，建立了基于连续性扩散论述的三层孔隙结构物理数学扩散模型，求出了通解，进行了论述探讨和验证。实验探讨结果表明：不同吸附平衡压力下的瓦斯放散速度随时间变化联系可表示为：V=B·P~(kp)·t~(-kt)，但同一煤样，不同时间段，相关参数均发生变化；吸附平衡瓦斯压力对煤粒瓦斯扩散系数的影响可忽略不计；变质程度对极限瓦斯放散量的影响呈U型变化，扩散系数总体随变质程度的提升呈增大走势，但变质程度为贫瘦煤的鹤壁煤样高于无烟煤的晋城煤样；软、硬煤的极限瓦斯放散量相差不大，软煤稍高于硬煤；相同时间段，软煤瓦斯放散量和瓦斯放散速度显著大于硬煤；9个经验公式中乌式更适合描述整个瓦斯放散历程，但相联系数仍偏低，软煤的扩散系数显著高于硬煤，基本在2~10倍之间变化，随时间延长而衰减，衰减程度相对较大；软、硬煤瓦斯放散初速度差值随粒度的减小而减小，提出了原始粒度概念，粒度差别是软硬煤差别的本质特点之一；瓦斯扩散参数KB随粒度的减小而增大，扩散系数随粒度减小而减小；气态水分减小了极限瓦斯放散量、瓦斯放散初速度和扩散系数，查明了气态水对煤粒水对瓦斯放散的影响机理；论述推导了瓦斯扩散量与温度T呈指数联系，建立了瓦斯放散量随环境温度呈指数变化的修正公式，扩散系数随温度升高而增大，查明了温度对瓦斯扩散系数的影响机理。孔隙结构测定结果表明，破坏程度增加了煤的总孔容、中孔、过渡孔、大孔孔容和比表面积，其中中孔增加最显著，孔隙连通性也得到显著改善，微孔变化不显著；随变质程度提升，总体上，总孔容呈指数下降，大孔、中孔和过渡孔呈下降走势，微孔逐渐升高，比表面积呈U型变化。结合煤的分子结构探讨成果，动力变质作用在一定程度上转变了微孔结构。论述浅析表明，煤粒吸附瓦斯的放散历程，可用气体在多孔介质中的扩散论述描述，扩散方式包括细孔扩散、表面扩散和晶体扩散，其中，细孔扩散决定了煤粒瓦斯的动力学特性，实际煤粒的瓦斯扩散参数受孔隙直径、孔分布、迂曲度和连通性等孔隙结构特点参数制约，体现出随时间衰减的现象，主要由煤粒内孔隙和瓦斯分布不均匀造成的。在以上探讨的基础上，结合气体在多孔介质扩散物理数学模型有着的不足，建立了基于煤粒瓦斯连续性扩散论述的三层结构新模型，推导出了扩散率关于放散时间的无穷级数通解，扩散率与时间呈指数联系，经数值验证，与煤粒瓦斯扩散实验规律基本一致，拟合的相关参数反映了软、硬煤的孔隙结构和扩散规律方面差别。关键词：煤粒论文瓦斯放散规律论文机理论文动力学模型论文孔隙结构论文
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摘要5-7
Abstract7-13
1 绪论13-39
1.1 探讨背景13-19
1.2 国内外探讨近况19-33
1.2.1 煤的瓦斯放散规律探讨近况19-23
1.2.2 煤粒瓦斯放散规律的影响因素探讨近况23-28
1.2.3 煤粒的瓦斯放散机理探讨近况28-29
1.2.4 煤粒的瓦斯放散动力学物理-数学模型29-30
1.2.5 瓦斯解吸规律的运用30-32
1.2.6 有着不足32-33
1.3 目的和作用33-34
1.4 主要探讨内容、策略及路线34-37
1.4.1 主要探讨内容34-35
1.4.2 探讨目标35
1.4.3 拟解决的关键科学不足35
1.4.4 探讨策略与技术路线35-37
1.5 本章小结37-39
2 煤的瓦斯放散实验系统研制与煤样的制备39-49
2.1 煤的瓦斯放散实验系统的研制39-42
2.1.1 实验仪器的系统结构40-41
2.1.2 实验仪器的功能浅析41-42
2.2 实验仪器体积的标定42-43
2.3 实验系统死空间游离瓦斯体积的测定43
2.4 煤样制备43-47
2.4.1 煤样的采集与制作43-44
2.4.2 实验煤样的制备44-45
2.4.3 煤样的基本参数测定结果45
2.4.4 不同水分煤样制作45-47
2.5 测定数据处理47-48
2.6 本章小结48-49
3 煤粒瓦斯放散规律实验探讨49-95
3.1 吸附平衡压力对瓦斯放散规律的影响49-56
3.1.1 平衡压力对瓦斯放散量的影响49-50
3.1.2 平衡压力对瓦斯放散速度的影响50-54
3.1.3 平衡压力对瓦斯放散系数的影响54-56
3.2 变质程度对瓦斯放散规律的影响56-60
3.2.1 变质程度对瓦斯放散量的影响57-58
3.2.2 变质程度对瓦斯放散速度的影响58
3.2.3 变质程度对瓦斯放散系数的影响58-60
3.3 破坏程度对瓦斯放散规律的影响60-67
3.3.1 破坏程度对瓦斯放散量的影响60-66
3.3.2 破坏程度对瓦斯放散系数的影响66-67
3.4 粒度对瓦斯放散规律的影响67-75
3.4.1 粒度对瓦斯放散量的影响67-69
3.4.2 粒度对瓦斯放散速度的影响69-73
3.4.3 粒度对扩散系数的影响73-75
3.5 水分对瓦斯放散规律的影响75-82
3.5.1 水分对瓦斯放散量的影响76-78
3.5.2 水分对瓦斯扩散系数的影响78-81
3.5.3 水分对瓦斯放散规律的影响机理81-82
3.6 环境温度对瓦斯放散规律的影响82-92
3.6.1 论述浅析83-84
3.6.2 物理模拟实验84-90
3.6.3 环境温度对瓦斯放散规律的影响机理90-92
3.7 本章小结92-95
4 煤的孔隙结构特点95-121
4.1 煤的分子结构95-96
4.2 煤的孔隙结构96-117
4.2.1 微米级孔径结构特点98-112
4.2.2 纳米级孔径结构特点112-117
4.3 煤的大孔裂隙扫描电镜实验117-119
4.4 本章小结119-121
5 煤粒的瓦斯放散机理与模型探讨121-143
5.1 煤粒的瓦斯放散机理121-126
5.1.1 煤粒内瓦斯流动方式探讨121-122
5.1.2 扩散方式122-125
5.1.3 扩散系数随时间变化的机理125-126
5.1.4 软、硬煤扩散系数特点差别机理126
5.2 煤粒瓦斯放散物理-数学模型126-139
5.2.1 均质煤粒瓦斯扩散模型126-132
5.2.2 均质煤粒有着的不足132-133
5.2.3 双孔隙结构煤粒瓦斯扩散模型133-135
5.2.4 新模型的建立135-139
5.3 新模型通解的讨论与验证139-142
5.3.1 通解的讨论140
5.3.2 通解的实验验证140-142
5.4 本章小结142-143
6 主要结论及革新点143-147
6.1 主要结论143-145
6.2 革新点145
6.3 对今后探讨工作的展望145-147
参考文献147-157
作者简历157-159
学位论文数据集159
探讨放散煤粒瓦斯放散规律、机理与动力学模型
更新时间：2024-01-18
作者：用户投稿
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