煤的甲烷吸附特性試驗(yàn)研究及其影響因素分析.pdf

1、瓦斯是成煤過程中形成的各種混合氣體的總稱，也是導(dǎo)致煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的主要因素之一。而煤層的瓦斯含量大小則直接決定了煤礦地下開采過程中發(fā)生瓦斯事故的可能性大小。因此，研究煤的甲烷吸附特性對于防治礦井瓦斯災(zāi)害具有重大意義。本文通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究不同影響因素下煤的甲烷吸附特性，研究了溫度、壓力、粒徑和水分對煤吸附特性的影響，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，利用兩種常用方法進(jìn)行了煤的等溫吸附曲線預(yù)測，一是通過優(yōu)化吸附勢理論中飽和蒸汽壓參數(shù)k，

2、建立了一種新的等溫吸附曲線簡易預(yù)測模型進(jìn)行等溫吸附曲線的預(yù)測，二是利用吸附熱理論進(jìn)行了不同溫度下煤的甲烷等溫吸附曲線的預(yù)測。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、傥皆囼?yàn)結(jié)果：
　　1）煤樣粒徑大小一定時，試驗(yàn)溫度的升高，煤的甲烷吸附量減少，吸附常數(shù)a、b也變小。
　　2）試驗(yàn)溫度一定時，吸附壓力增大，煤的甲烷吸附量增加，當(dāng)壓力達(dá)到某值時，吸附量最終趨于某個常數(shù)；煤的吸附量增量變化率與壓力的關(guān)系曲線圖大致可分為三個階段，即吸

3、附量增量變化率的快速減小階段、吸附量增量變化率的緩慢減小階段和吸附量增量變化率的穩(wěn)定階段。
　　3）試驗(yàn)溫度一定時，不同粒徑煤樣的等溫吸附曲線表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律；但通過本次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煤的甲烷吸附量和吸附常數(shù)a、b與煤樣粒徑間的關(guān)系沒有得到十分明確的規(guī)律，還需要開展研究工作。
　　4）試驗(yàn)溫度一定時，在整個試驗(yàn)壓力范圍內(nèi)，經(jīng)過烘干處理的煤樣的甲烷吸附量大于自然含水狀態(tài)下的甲烷吸附量；且前者的吸附常數(shù)a都明顯大于后者的吸附常數(shù)

4、a。
　　②煤的等溫吸附曲線預(yù)測結(jié)果：
　　1）根據(jù)不同粒徑不同含水量煤樣的等溫吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了多溫度下的吸附特性曲線，根據(jù)吸附特性曲線的函數(shù)表達(dá)式建立了簡易的等溫吸附曲線預(yù)測模型（式4.6）。針對不同煤樣進(jìn)行飽和蒸汽壓參數(shù)k優(yōu)化，通過求得不同k值下的擬合精度R2，建立擬合精度函數(shù)，從而得到不同粒徑煤樣的最優(yōu)k值，60目～80目、40目～60目、20目～40目和12目～20目的含水煤樣和干燥煤樣的最優(yōu)k值分別為4.427

5、、5.997、3.274、5.194和6.956、5.620、5.603、5.862。
　　2）根據(jù)建立的等溫吸附曲線簡易預(yù)測模型對不同溫度下的煤樣進(jìn)行了吸附量預(yù)測。利用得到的最優(yōu)參數(shù)k進(jìn)行了313K和323K的等溫吸附曲線預(yù)測，并與經(jīng)驗(yàn)值 k=2進(jìn)行了對比，通過計算得到的平均相對誤差可知，使用優(yōu)化后的最優(yōu)參數(shù) k預(yù)測得到的等溫吸附曲線精度更高。為驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性，利用建立的簡易預(yù)測模型預(yù)測了308K下的等溫吸附曲線，并與實(shí)測試

6、驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)簡易模型的預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的重合度更好，并說明了使用最優(yōu) k值得到的預(yù)測結(jié)果的精度明顯高于使用經(jīng)驗(yàn)值k=2，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。
　　3）通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用吸附熱理論進(jìn)行313K和323K下煤的等溫吸附曲線預(yù)測時，預(yù)測的等溫吸附曲線與實(shí)測的等溫吸附曲線重合度較好，吸附熱理論在預(yù)測煤的等溫吸附曲線方面是可行的且準(zhǔn)確度高。
　　4）對比發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的吸附勢理論預(yù)測模型的預(yù)測誤差遠(yuǎn)小于優(yōu)化前的預(yù)測模型的