極松軟煤體高壓吸附過程中變形特性的試驗研究

1、第45卷第1期礦業(yè)安全與環(huán)保Vol.45No.12018年2月MININGSAFETY2.CCTEGChongqingResearchInstituteChongqing400037China)Abstract:Mostoutburstcoalseamswithbeddingdisdercoalqualityextremelysofthierarchicallayers，theabsbreleasegasabilityofsofthie

2、rarchicallayerismethanthehardhierarchicallayersocoalgasoutburstdangerousisgreater.Indertoinvestigatetheacterbehaviofswellingdefmationcontractiondefmationeffectofsofthierarchicallayerunderhighpressurethedynamictestingdevi

3、ceofgasadsptiondesptiondefmationofcoalseamwasdevelopedthedevicewasusedtoperfmthesynchronoustestofadsptionstrainundertheconstanttemperaturevolume.Therelationbetweenbodystraingasadsptionisdiscussed.Theresultsshowthattheiso

4、thermaladsptioncurvetheisothermaldesptioncurvetheisothermaladsptivedefmationcurvewillfollowtheLangmuireequationwhiletheisothermaldesptivedefmationcurvewillfollowtheImprovedLangmuireequation.Theprocessofadsptiondesptionis

5、reversiblewhiletheadsptiondesptiondefmationofsofthierarchicallayerisirreversible.Bodystrainthevolumeofgasadsptionarenonlinearlyrelated.Usingtheanalysisresultsofexperimentthebodystrainadsptionquantityprecisefittingequatio

6、nofsofthierarchicallayerwasestablished.Keywds:ultrasoftcoalsoftlayeredadsptionadsptivedefmationconstanttemperaturevolume收稿日期：基金項目：國家“十三五”科技重大專項（2016ZX050670040042016ZX05043005003）；國家自然科學基金項目（51574280）作者簡介：劉延保（1981—），男，山東

7、淄博人，博士，副研究員，主要從事煤層氣開發(fā)方面的研究工作。Email：yanbao_liu@。近年來，隨著國內外研究者對煤巖瓦斯動力災害發(fā)生機制，以及瓦斯抽采、二氧化碳煤層封存等技術關注程度的不斷提高，越來越重視煤巖瓦斯吸附、解吸能力及其變形特性方面的研究[16]，并相繼開發(fā)了測試煤巖吸附、解吸瓦斯量，以及測試變形的技術和裝置[716]。在對具有突出危險性煤層的研究中發(fā)現，由于軟分層煤體層理紊Commented[a1]:嚴正聲明：嚴正聲

8、明：為了抵制學術不端行為，本刊對所有來稿都要進行查重。作者論文的文字重合率不宜超過20%。如果在論文印刷出版發(fā)行之前的檢測中重合率﹥30%，則認定為較嚴重的超標（涉嫌抄襲、一稿多投、重復發(fā)表等學術不端行為），為了維護本刊的聲譽，保護作者的名譽，相關文章將終止發(fā)表，責任由相關作者自負。Commented[a2]:題名偏正詞組，應簡明、具體、確切，能概括文章的要旨，符合編制題錄、索引和檢索的有關原則并有助于選擇關鍵詞和分類號。題名一般不宜超

9、過20個漢字，題名中應避免使用非公用的縮略語、字符、代號以及結構式和公式。2#黑體字。Commented[a3]:作者署名應慎重，署名順序應按工作貢獻大小確定。一般不宜超過3人。稿件通過審查之后不得更改署名。小4#楷體字。Commented[a4]:作者單位用全稱，不同工作單位的作者，應在姓名右上角加注不同的阿拉數字序號，并在其工作單位名稱之前加與作者姓名序號相同的數字；若一作者屬于多個與該文有關的單位，可將其一并列出；各工作單位之間連

10、排時以分號隔開。小5#楷體字。Commented[a5]:摘要很重要，是以提供文獻內容梗概為目的，不加評論和補充解釋，簡明、確切地記述文獻重要內容的短文。摘要應具有獨立性和自明性，不分段，非公知公認的符號或術語第一次出現時應用全稱，切忌把諸如引言類中出現的內容寫入摘要，一般不用數學式和化學結構式，不出現插圖和表格，不用引文。每篇論文應寫出150～300字的摘要，用第三人稱寫法，采用“對……進行了研究”、“報道了……現狀”、“進行了……調

11、查”等記述方法，不要使用“我們、本文、作者等”作主語，不用說明性和評價性的語句。對于創(chuàng)新成分較多的試驗研究和專題研究論文應寫成結構性摘要（報道性摘要），應包括研究的目的、方法、結果和結論等。摘要撰寫參見GB6447《文摘編寫規(guī)則》。5#仿宋字。Commented[a6]:關鍵詞包括主題詞和自由詞，5～8個為宜。5#仿宋字。Commented[a7]:中圖分類號采用《中國圖書館分類法》進行分類選取，一般標注一個分類號，多個主題的文章可標注

12、兩個或三個分類號。Commented[a8]:文獻標志碼每一篇文章應根據其內容性質標識一個文獻標志碼。主要有以下3種：A——基礎性理論與應用研究；B——應用性技術成果報告(科技)；Commented[a9]:英文與中文對應、一致。英文中的標點符號均為半角字符。參見CYT154—2017《中文出版物夾用英文的編輯規(guī)范》。Commented[a10]:基金項目基金項目名稱應按照國家有關部門規(guī)定的正式名稱著錄；多項基金項目應依次列出，其間以分

13、號隔開。小5#仿宋字。Commented[a12]:正文文章一律使用法定簡化漢字、規(guī)范的科技名詞及專業(yè)術語、規(guī)范的量名稱及其符號，一律使用法定計量單位及其符號，全文的名詞術語應一致。Commented[a11]:作者簡介包括姓名（出生年—），性別（民族，漢族可省略），籍貫，學位，職稱職務，工作業(yè)績或研究方向（任選）?？梢詫ν夤_的聯系信息。小5#仿宋字。第45卷第1期礦業(yè)安全與環(huán)保Vol.45No.12018年2月MININGSAFET

14、Y&ENVIRONMENTALPROTECTIONFeb.20183mL，樣品罐及管路容積為123.705mL。2試驗煤樣及方案試驗煤樣及方案2.1試驗煤樣試驗煤樣試驗煤樣取自重慶松藻煤電有限責任公司渝陽煤礦具有煤與瓦斯突出危險性的8#煤層軟分層，其工業(yè)性分析結果如下：水分1.93%，灰分16.04%，揮發(fā)分10.22%，含碳量71.81%。由于該軟分層極松軟，手捻即成顆粉，無法加工成原煤試件，而型煤和原煤的變形特性存在相關性[18]，

15、因此，筆者采用型煤代替原煤用于吸附—解吸瓦斯變形特性的一般性規(guī)律探討。試驗煤樣采用特制模具壓制而成，煤樣成型裝置如圖3所示。圖3煤樣成型設備在煤樣壓制過程中，首先調節(jié)液壓泵，緩慢施加成型力至30kN，然后穩(wěn)壓15min，在穩(wěn)壓過程中實時調節(jié)液壓泵，保證成型力誤差在0.1kN內。將制作好的煤樣放入60℃干燥箱中進行干燥，12h后取出放置在干燥皿中冷卻至室溫備用。2.2試驗方案試驗方案根據試驗設備條件，采用純度為99.999%的CH4氣體作

16、為吸附質，試驗溫度為30.00℃。在煤樣側面中部位置粘貼2組共4個電阻式應變計（每組2個應變計，分別測試煤樣縱向和徑向應變），試驗后取其平均值進行分析。具體測試方法如下：1)安裝試件。將安裝好應變計的煤樣安放在樣品罐內，連接管線和應變、壓力測試設備。2)抽真空。開啟真空泵對吸附罐和整個管路系統抽真空8h以上，確保將煤樣、系統中的空氣和水分抽凈。3)樣品罐及管路自由空間體積測定。采用氦氣測定煤樣裝入樣品罐后煤樣顆粒之間的孔隙、煤樣顆粒內部

17、微細孔隙、樣品罐剩余的空間、連接管和閥門內部空間的自由空間體積。4)再次抽真空。在排出系統內氦氣之后，再次對系統進行抽真空1h左右，確保將煤樣孔隙中的殘留氦氣抽凈。5)吸附試驗。按照加壓—平衡—加壓的過程，逐級提高瓦斯壓力，測試煤樣在不同瓦斯壓力條件下吸附平衡時的吸附量和應變。6)解吸試驗。按照降壓—平衡—降壓的過程，逐級降低瓦斯壓力，測試煤樣在不同瓦斯壓力條件下解吸平衡時的解吸量和應變。需要說明的是，每一步操作，都必須待瓦斯壓力和應變

18、均平衡后才能進行后續(xù)操作。3試驗結果及分析試驗結果及分析試驗獲得的等溫吸附、解吸曲線，以及體應變—瓦斯壓力關系曲線如圖4所示。圖4不同煤樣的試驗結果現有研究成果表明，煤巖在等溫情況下不同瓦斯壓力的吸附解吸變形現象，基本上符合Langmuir等溫吸附方程[121420]：q=abp(1bp)(1)ε=ABp(1Bp)(2)式中：q為吸附平衡時吸附瓦斯量，m3t；a為在參考壓力下的極限吸附量，m3t；p為自由瓦斯壓力（孔隙壓），MPa；b為