基于常規(guī)取芯管取芯法在取樣過程中管壁與煤層摩擦生熱致使煤芯溫度升高、加速瓦斯解吸,造成瓦斯損失量較多的情況,提出了低溫(0℃及以下)取芯技術(shù),通過改造取芯管,添加制冷劑,將煤芯封存在低溫環(huán)境中。使用低溫取芯技術(shù)采集的煤芯受到取芯過程摩擦傳熱和制冷劑吸熱的共同作用,導(dǎo)致煤芯溫度發(fā)生變化,必然會對煤芯瓦斯解吸造成影響。本文通過搭建低溫取芯模擬平臺,依托自制取芯管取芯過程管壁溫度測定裝置,采集在不同取樣深度條件下的取芯管取芯過程管壁溫度變化數(shù)據(jù),并以此為基礎(chǔ),設(shè)定模擬低溫取芯過程外部熱量輸入程序,采用干冰作為制冷劑,開展不同吸附平衡壓力、不同取樣深度下煤芯溫度實驗與瓦斯解吸實驗,研究其變溫及瓦斯解吸特性。研究結(jié)論如下:(1)常規(guī)取芯管取芯過程中管壁溫度變化分為三個階段:緩慢上升階段、快速上升階段和緩慢下降階段,分別對應(yīng)著進鉆、采集煤樣和退鉆過程。當取芯深度一定時,進鉆所需時長少于退鉆所需時長,進鉆時的升溫速率高于退鉆時的降溫速率;不同取芯深度采集煤樣過程所需時長基本一致;(2)低溫取芯過程中煤芯溫度變化分為快速降溫、低溫維持和緩慢升溫三個階段。隨著取樣深度的增加,煤芯降溫時間、低溫持續(xù)時間均呈現(xiàn)減小趨勢,降溫速度呈增加趨勢,升溫時間沒有明顯變化趨勢;隨著初始吸附平衡壓力的增大,降溫時間呈減小趨勢,降溫速度存在增大趨勢,升溫時間呈增大趨勢,低溫維持時間沒有明顯變化趨勢;(3)低溫取芯過程中煤芯瓦斯解吸量變化分為前期快速增加階段、中期穩(wěn)定階段、后期緩慢增加階段。吸附平衡壓力一定時,隨著取樣深度的增加,煤芯瓦斯解吸量在前期快速增加階段無明顯變化;取樣深度一定時,隨著吸附平衡壓力的增加,前期快速增加階段的解吸量增大,“停止”解吸所需時間越長;(4)低溫取芯過程中煤芯瓦斯解吸速度變化分為四個階段:快速衰減階段、中期穩(wěn)定階段、緩慢增大階段、緩慢衰減階段。吸附平衡壓力一定時,隨著取樣深度的增加,煤芯瓦斯解吸速度在快速衰減階段無明顯變化。取樣深度一定時,隨著吸附平衡壓力的增加,在快速衰減階段,相同時刻的瓦斯解吸速度越大,解吸速度降為0mL/(g?min)所需時間越長;在緩慢增大階段,吸附平衡壓力越大,解吸速度在該階段所能增加到的最大值越大;(5)低溫取芯過程中存在倒吸現(xiàn)象。吸附平衡壓力一定時,隨著取樣深度的增加,倒吸速度加快,倒吸時間縮短,倒吸量沒有明顯變化趨勢;取樣深度一定時,隨著吸附平衡壓力的增加,倒吸量減少,倒吸時間呈縮短趨勢,倒吸速度呈加快趨勢。
【學位單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

at圖 2-2 低溫取芯管示意圖Fig.2-2 Schematic diagram of cryogenic coringtube，既需要隔絕打鉆過程摩擦熱量對煤芯溫度，提出了低溫取芯技術(shù)。如圖 2-2 所示，通之間預(yù)留一定體積的空倉，添加制冷劑為煤于兩個方面：（1）該技術(shù)能否在有限的時間過程的瓦斯解吸速度；（2）該技術(shù)能否將煤持較低瓦斯解吸速率。在進行現(xiàn)場應(yīng)用之前，行研究。行性，在實驗室搭建模擬低溫取芯實驗平臺，1-煤樣；2-取芯管外壁；3-冷凍劑；4-隔熱層；5-加熱帶

圖 2-4 定量充氣系統(tǒng) 圖 2-5 模擬系統(tǒng)Fig.2-4 Quantitative inflating system Fig.2-5 Simulation system圖 2-6 真空脫氣系統(tǒng) 圖 2-7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.2-6 Vacuum degassing system Fig.2-7 Data acquisition unit基于以上系統(tǒng)，低溫取芯模擬裝置可實現(xiàn)以下幾個功能：（1） 模擬低溫取芯過程中的冷凍罐及煤芯溫度變化；

圖 2-4 定量充氣系統(tǒng) 圖 2-5 模擬系統(tǒng)Fig.2-4 Quantitative inflating system Fig.2-5 Simulation system圖 2-6 真空脫氣系統(tǒng) 圖 2-7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.2-6 Vacuum degassing system Fig.2-7 Data acquisition unit基于以上系統(tǒng)，低溫取芯模擬裝置可實現(xiàn)以下幾個功能：（1） 模擬低溫取芯過程中的冷凍罐及煤芯溫度變化；

【參考文獻】

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本文編號：2811700