煤吸附瓦斯过程温度变化的试验研究.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 2 . 9/ 9 文章编号 A B A “ C D E F B G H B 煤吸附瓦斯过程温度变化的试验研究 郭立稳AI俞启香I王 凯 EA ’河北理工学院 资源系I河北 唐山 C “ J ’中国矿业大学 采矿工程系I江苏 徐州 A G F 摘要在实验室对不同瓦斯E 1 K I 1 LDI 等F 吸附过程中煤体温度的变化进行了研究I证实煤体 吸附瓦斯的过程是放热过程J煤体吸附不同的瓦斯时I放出的热量不同吸附1 K 时最大I 1 LD 次之I 最小J煤对其吸附能力越强的瓦斯I吸附时放出的热量越大’对于同一种瓦斯I吸附的瓦 斯压力越大I即瓦斯吸附量越大I吸附过程放出的热量越大’ 关键词吸附J温度变化J温度测试系统 中图分类号 MH * 文献标识码N 煤是一种多孔介质I是天然的吸附体’煤中瓦 斯“ O以吸附状态存在I A O以游离状态存在’ * 年代初I人们就发现煤与瓦斯突出的危险性与煤的 解吸和放散瓦斯的能力有关P A Q’吴俊等从煤的变质 程度入手I对煤的吸附能力进行了研究R王佑安等 采用高压重量法和低温氮吸附法I深入研究了不同 压力下等温吸附过程S瓦斯吸附量的变化J何学秋 研究了交变电磁场对煤的吸附特性的影响J徐龙君 在A ’ 直流电作用下试验了煤的吸附特性I等 等’由此可见I人们已经认识到煤对瓦斯的吸附和 瓦斯的解吸在瓦斯突出中的重要作用I并且围绕煤 与瓦斯突出机理分别从压力和煤的物理力学性质 两方面进行了研究R上述研究大多是在等温条件 下进行的I而对温度的变化研究较少R本文对瓦斯 吸附过程中煤体温度的变化进行了研究I对解释突 出过程中温度的作用将有重要意义’ T 煤对瓦斯的吸附 由于气体分子与固体表面分子之间的相互作 用I气体分子暂时停留在固体表面上的现象称为气 体分子在固体表面上的吸附’煤是一种天然吸附 剂I具有良好的吸附性能’煤对瓦斯的吸附属于物 理吸附I即瓦斯分子与煤分子之间的作用力是剩余 的表面自由力E范得华力F ’煤的吸附性通常用吸附 等温线表示I吸附等温线是在某一固定温度下I吸 附瓦斯量随瓦斯压力变化的曲线’大量吸附试验表 明P QI煤吸附瓦斯时I吸附等温线符合朗格缪尔 E U / . ; V, 3 - F方程式 WX Y Z [ E A\Z [ F IE F 式中 W为在某一温度下吸附的瓦斯量I V] 8 J Y为 吸附常数I V] 8 J Z为吸附常数I A ] / J [为瓦斯压 力I / R 瓦斯在煤表面上吸附为物理吸附I由于吸附过 程是自发的I在等温等压条件下I瓦斯在煤表面上 的吸附是一降低表面能E即降低表面自由焓_ I减 熵‘F的过程P Q’ a 实验研究 我们对不同气体吸附过程中的温度变化进行 了实验’实验是在煤与瓦斯突出模拟实验的基础上 进行的R实验系统包括加载系统S突出模拟装置S 温度测试数据采集系统等I见图A I图 ’实验根据 图A实验系统 b 3 ; ’ A c d e 6 - 3 V6 . 8 / A 4 B C ; 6 D E D B 煤样采自淮南矿务局各矿实验用型煤是将煤 样 按每次F G 5进行. H 次加 压 制 成每 次 加 压 保持压力. IB4 C 同时在煤样中埋入温度传感器 待型煤制作完成后对煤样抽真空/ ’ 然后对 煤样加压至/ I H/ - 以防瓦斯吸附时将装置立柱 顶起J加压停止后稳定/ IB4 C 以保证煤样温度 的稳定打开温度测试系统选择一定的间隔值在 进行瓦斯吸附的同时进行温度的同步测试 K L 实验结果 图. ;为吸附“ 时的温度变化曲线煤样采 自李二矿成型压力为. I MNO ; 质量为’ G 5 最终瓦斯压力为I M /NO ; P图. Q为吸附 “ 质 量 为’ IG 5 最 终 瓦 斯 压 力 为 I . ,NO ; P图. 9为吸附’时的温度变化曲线煤 样 采 自 潘 三 矿成 型 压 力 为 . I /NO ; 质 量 为 / ,G 5 最终瓦斯压力为I , .NO ; 图中R S分别为开始吸附和达到吸附平衡的 时刻 R T S段为吸附放热阶段 S T U段为达到吸附平 衡后与外界产生热交换而使温度降低的过程 图.吸附瓦斯时的温度变化曲线 3 4 5 . V BA ; W X ; 9 7 ; 6 D ; BA 6 D Y W 4 C 5; Y D 7 Q 4 C 55 ; D K K 实验结果分析 为了考察瓦斯吸附时影响温度变化的因素对 不同瓦斯Z相近的瓦斯压力以及同一种瓦斯Z不同 的瓦斯压力等情况进行了比较J所比较煤样的煤 化程度相近其工业分析基本数据见表/ [ 为相 对密度 \为粒径 图 ; H 9分别为吸附“ - Q和图,分别为 “ 温度增量1 { 潘一矿 I ,/ I ’ I “ 时的温度变化曲线 吸附; 时温度的变化 结论 A 具有较大表面积的煤是一种天然的吸附剂 有良好的吸附性能煤对瓦斯的吸附属于物理吸附 即瓦斯分子与煤分子之间的作用力是剩余的表面自 由力 煤体吸附瓦斯的过程是放热过程B吸附不同 的瓦斯气体时煤放出的热量不同煤吸附瓦斯时放 出热量大小的顺序依次为; ; 和CD煤对其 吸附能力越强的瓦斯气体吸附时放出的热量越 大D对于同一种瓦斯来说所充的瓦斯压力“即瓦斯 吸附量越大吸附过程中放出的热量越大 参考文献E F A G 王佑安杨思敬煤和瓦斯突出危险煤层的某些特征 F H G 煤炭学报 A I J K “ A E L I F G 俞启香矿井瓦斯防治F MG 徐州E中国矿业大学出版 社 A I I I L A A F N G 李世丰张永光表面化学F MG 长沙E中南工业大学出 版社 A I I A K L J F G 郭立稳含瓦斯煤破裂过程的热效应研究F OG 徐州E 中国矿业大学采矿工程系 A I I I P Q , * - ’ * 3 / . 6 R / 0 8 S2 3; T . 3 *’ 3; 2 . 6 * , * - . / 0 - * O 0 - ’ 3 U8 7 2 - 9 ’ 3 V . 7 V W N K K I ; T ’ 3 . B O * , . - / * 3 / 2 4 M’ 3 ’ 3 P 3 ’ 3 * * - ’ 3 ; WM ‘ 0 a T 2 0 H ’ . 3 7 0 A K K J ; T ’ 3 . b c d e f g h e EP Q , * - ’ * 3 / 2 35 T . 3 *’ 35 2 . 6 / * , * - . / 0 - *8 0 - ’ 3 / T *, - 2 5 * 7 72 4 . 8 7 2 - 9 ’ 3 8 ’ 4 4 * - * 3 / . 7 * 7“ ; ; . 3 8CY. 7 5 . - - ’ * 82 0 / ’ 36 . 9 T *- * 7 0 6 / 7 T 2 Y7 / T . / / T *, - 2 5 * 7 7 ’ 7 .T * . / - * 6 * . 7 ’ 3 2 3 * 8 0 - ’ 3 YT ’ 5 T / T *- * 6 * . 7 * 8T * . / i 0 . 3 / ’ / S1 . - ’ * 74 - 2 6 . - */ 27 . 6 6 ’ 3/ T *2 - 8 * -2 4 ; ; . 3 8C; 2 3 7 * i 0 * 3 / 6 S 4 2 - 8 ’ 4 4 * - * 3 / . 7 * 7 / T *7 / - 2 3 * -/ T *5 . , . 5 ’ / S2 4 5 2 . 6 . 8 7 2 - , / ’ 2 3’ 7 / T *6 . - * -/ T *- * 6 * . 7 * 8T * . / i 0 . 3 / ’ / S8 0 - ’ 3 / T *, - 2 5 * 7 7 2 4 . 8 7 2 - , / ’ 2 3’ 7 2 - / T * 7 . * . 7 / T * - * . / * - / T * . 7 , - * 7 7 0 - * 4 2 - . 8 7 2 - , / ’ 2 3“ ’ * / T * . 8 7 2 - 9 * 8 i 0 . 3 / ’ / S2 4 . 7 ’ 7 / T *6 . - * - / T *- * 6 * . 7 * 8T * . / i 0 . 3 / ’ / S8 0 - ’ 3 / T *, - 2 5 * 7 7 2 4 . 8 7 2 - , / ’ 2 3’ 7 jk lm n f o d E. 8 7 2 - , / ’ 2 3 B/ * , * - . / 0 - *1 . - ’ . / ’ 2 3 B* . 7 0 - * * 3 / 7 S 7 / * 2 4 / * , * - . / 0 - * IJ 第N期郭立稳等E煤吸附瓦斯过程温度变化的试验研究 万方数据