【摘要】：為研究《煤的甲烷吸附量測(cè)定方法(高壓容量法)》(MT/T752-1997)標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)試瓦斯吸附常數(shù)的吸附平衡時(shí)間(第1個(gè)點(diǎn)吸附平衡7 h,當(dāng)壓力大于0.5 MPa后每個(gè)壓力點(diǎn)吸附平衡4h)是否能夠使吸附能力強(qiáng)的無(wú)煙煤真正達(dá)到吸附平衡,通過(guò)COMSOL軟件建立模型,模擬瓦斯在煤內(nèi)的吸附擴(kuò)散過(guò)程,從而研究無(wú)煙煤達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間。研究表明,對(duì)于無(wú)煙煤,標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的吸附平衡4 h并不足以使瓦斯完全吸附在煤的孔隙中,測(cè)試無(wú)煙煤的瓦斯吸附常數(shù)時(shí),應(yīng)延長(zhǎng)其吸附平衡時(shí)間。對(duì)同一種煤(無(wú)煙煤)的軟煤和硬煤,軟煤的孔隙比硬煤發(fā)達(dá),瓦斯若要進(jìn)入更小的微孔隙內(nèi),分子擴(kuò)散阻力越來(lái)越大,所需平衡時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng),因此,在同一吸附壓力下,軟煤達(dá)到吸附平衡的時(shí)間比硬煤長(zhǎng)。
【圖文】：

為煤的灰分;ρCH4為甲烷密度，g/cm3;ρ視coal為煤的視密度，g/cm3;r1為煤屑半徑，cm。煤屑中瓦斯解吸的過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，從分子運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)來(lái)看，氣體分子在孔隙壁上的吸附和解吸是瞬間完成的。但實(shí)際上瓦斯通過(guò)煤屑的流動(dòng)需要一定的時(shí)間，這是因?yàn)橥咚褂擅盒纪ㄟ^(guò)各種不同大小的孔隙和裂隙涌出時(shí)要克服阻力［12］。把瓦斯從煤屑中涌出的過(guò)程看作是氣體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散，其涌出規(guī)律符合Fick擴(kuò)散定律［13］。經(jīng)過(guò)一系列公式變換和擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)的完成，得到瓦斯擴(kuò)散與時(shí)間的關(guān)系，如圖1，經(jīng)計(jì)算得到系數(shù)D值，見(jiàn)表1。將擴(kuò)散系數(shù)D代入式(1)進(jìn)行數(shù)值模擬。從圖表1擴(kuò)散系數(shù)樣品名稱堅(jiān)固性系數(shù)fD/(cm2·s)九里山(軟)0．211．01×10－9九里山(硬)1．461．12×10－9圖1瓦斯擴(kuò)散與時(shí)間關(guān)系圖1和表1可知，在相同瓦斯壓力條件下，短時(shí)間內(nèi)，軟煤的擴(kuò)散速度普遍比硬煤快，軟煤的擴(kuò)散系數(shù)也比硬煤大;隨著時(shí)間延長(zhǎng)，瓦斯擴(kuò)散速度逐漸衰減，軟煤比硬煤破壞程度高，因此軟煤瓦斯衰減程度大于硬煤。2模擬結(jié)果及分析九里山礦軟、硬煤對(duì)瓦斯的吸附擴(kuò)散過(guò)程如圖2和圖3，分圖(a)～分圖(d)代表不同吸附平衡壓力下的瓦斯吸附平衡時(shí)間模擬結(jié)果。分圖(a)為壓力從0開(kāi)始吸附平衡至0．74MPa的擴(kuò)散模擬過(guò)程，分圖(b)為從0．74MPa開(kāi)始吸附平衡至2MPa的擴(kuò)散模擬過(guò)程，分圖(c)為從2MPa開(kāi)始吸附平衡至4MPa的擴(kuò)散模擬過(guò)程，分圖(d)為從4MPa開(kāi)始吸附平衡至6MPa的擴(kuò)散模擬過(guò)程。圖中橫坐標(biāo)代表瓦斯球體的直徑，試驗(yàn)煤樣粒度0．17～0．25mm，平均為0．21nm，換算單位后平均粒徑2．1×10－4m�？v坐標(biāo)代表瓦斯?jié)舛龋谇蛐奶�，初始條件下，瓦斯?jié)舛葹?，以1h為時(shí)間步長(zhǎng)，，圖中每條曲線代表每過(guò)1h瓦斯擴(kuò)散濃度?

圖2九里山軟煤瓦斯擴(kuò)散圖圖3九里山硬煤瓦斯擴(kuò)散圖到吸附平衡的時(shí)間分別為14、16、18、22h，硬煤在每個(gè)壓力點(diǎn)達(dá)到吸附平衡的時(shí)間分別為13、14、15、18h，軟煤達(dá)到吸附平衡的時(shí)間大于硬煤。3結(jié)論1)對(duì)于無(wú)煙煤，標(biāo)準(zhǔn)《煤的甲烷吸附量測(cè)定方法(高壓容量法)》(MT/T752－1997)規(guī)定的第1個(gè)點(diǎn)吸附平衡7h，當(dāng)壓力大于0．5MPa后每個(gè)壓力點(diǎn)吸附平衡4h并不足以使瓦斯完全吸附在煤孔隙中，在測(cè)試無(wú)煙煤的極限瓦斯吸附量時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)無(wú)煙煤的吸附平衡時(shí)間。2)軟煤的孔隙比硬煤發(fā)達(dá)，瓦斯若要進(jìn)入更小的微孔隙內(nèi)，分子擴(kuò)散阻力越來(lái)越大，需要的平衡時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。在同一吸附壓力下，軟煤達(dá)到吸附平衡的時(shí)間比硬煤長(zhǎng)。(下轉(zhuǎn)第57頁(yè))·53·第46卷第3期2015年3月SafetyinCoalMinesVol．46No．3Mar．2015

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