煤與瓦斯突出是在煤炭開采過程中產(chǎn)生的復(fù)雜動力現(xiàn)象,表現(xiàn)為短時間內(nèi)向巷道空間噴出高壓瓦斯-煤二相流,此現(xiàn)象會造成嚴(yán)重的井下事故。在煤層中形成水合物能夠降低煤層中的瓦斯壓力,削弱瓦斯-煤二相流的突出能量,從而有效防治此類事故的發(fā)生。水合固化技術(shù)防治煤與瓦斯突出事故發(fā)生的關(guān)鍵在于闡明煤體中水合物形成與分解的動力學(xué)特征。本文利用帶有阻抗測量功能的高壓瓦斯水合物形成與分解實驗裝置,對煤體中水合物的生成與分解過程進(jìn)行研究,重點考察了溫度、飽和度對煤體中瓦斯水合物分解以及瓦斯解吸的影響規(guī)律,為防治煤與瓦斯突出提供更堅實的理論基礎(chǔ)與實踐指導(dǎo)。針對中國不同地質(zhì)條件賦存煤層溫度分布下所劃分的5個分解溫度（293.15K、298.15K、303.15K、308.15K和313.15K）,開展了煤-THF體系中水合物合成與分解動力學(xué)實驗。結(jié)果表明:阻抗變化能夠定性描述煤體中水合物形成與分解不同階段的動力學(xué)特征;在相同分解溫度條件下,煤-THF體系中瓦斯水合物合成過程壓力與阻抗的突變點為水合物成核點。壓力和阻抗在同一時間點突變,表明甲烷分子和tetrahydrofuran（THF）分子同時進(jìn)入水合物相。在分解過... 

【文章來源】：黑龍江科技大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

2文獻(xiàn)綜述52文獻(xiàn)綜述2.1氣體水合物概述氣體水合物是一種具有籠型結(jié)構(gòu)，非化學(xué)計量的類冰狀晶體。它是由小客體分子與水分子在一定壓力和溫度條件下所形成。其中小客體分子一般為烷烴類氣體：甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等[18–20]。此外，氣體水合物具有兩大特點：（1）儲氣量大：分解1m3甲烷水合物可以產(chǎn)出130-140m3的甲烷氣體。（2）分解焓高：分解1Kg甲烷水合物需要吸收500KJ的熱量[21,22]。氣體水合物的晶體形態(tài)取決于氣體分子和水分子的組合方式、壓力、溫度以及水的相態(tài)（液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)）。根據(jù)目前的探究，可以將氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)分為3種類型：I型、II型和H型，具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。氣體水合物的晶體結(jié)構(gòu)與冰的結(jié)構(gòu)不同，并且它們僅僅當(dāng)存在客體分子的情況下才具有相對穩(wěn)定性。I型水合物結(jié)構(gòu)由兩種晶籠組成，分別為512（由五邊形構(gòu)成的正十二面體）和51262（由12個正五邊形和2個正六邊形構(gòu)成的扁球形十四面體），該結(jié)構(gòu)共包含46個水分子（H2O）。II型水合物結(jié)構(gòu)也由兩種晶籠組成，分別為512（由五邊形構(gòu)成的正十二面體）和51264（由12個正五邊形和4個正六邊形構(gòu)成的球形十六面體），該結(jié)構(gòu)共包含136個水分子（H2O）。H型水合物結(jié)構(gòu)由三種晶籠組成，分別為512（由五邊形構(gòu)成的正十二面體）、435663（扁球形十二面體）和51268（橢球形二十面體），該結(jié)構(gòu)共包含34個水分子（H2O）。圖2-1水合物晶體結(jié)構(gòu)Fig.2-1Thestructuresofhydrate

2文獻(xiàn)綜述62.2瓦斯水合物2.2.1概念瓦斯水合物是煤的伴生產(chǎn)物-瓦斯氣體在一定溫度和壓力條件下所形成的類冰狀晶體化合物。此外，瓦斯水合物可以在實驗室中合成，如圖2-2所示。圖2-2瓦斯水合物Fig.2-2Gashydrates2.2.2瓦斯水合物前人研究2000年，吳強(qiáng)等提出了瓦斯水合物的概念，并提出在煤層中合成瓦斯水合物能夠防治煤與瓦斯突出的理論。2004年，江傳力等[23]在一定溫度和壓力條件下合成了瓦斯水合物。結(jié)果表明：在溶液中添加一定配比的表面活性劑可以增大瓦斯氣體的溶解能力。2006年，吳強(qiáng)等[24]利用水合物合成設(shè)備開展了2組含煤溶液體系下瓦斯水合物生成的實驗研究，計算了水合物生成的誘導(dǎo)時間、生成速度以及生成時的熱力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明：在中高緯度礦區(qū)的煤層中可能存在瓦斯水合物。并指出了如果瓦斯水合物存在于煤層中，這有益于降低煤礦瓦斯突出事故。2006年，吳強(qiáng)等[25]通過實驗研究了5組Ⅱ型瓦斯水合物分解的熱力學(xué)條件,以及計算了瓦斯水合物的分解焓。實驗確立了分解過程中的熱量變化，建立了不同溫度梯度和分解耗時等因素的關(guān)系，并表明了水合物分解過程需要較多熱量和耗費較長時間。以此證實：可以在煤層中合成瓦斯水合物來防止煤與瓦斯突出。2009年，吳強(qiáng)等[26]針對4種瓦斯組分氣體，在12個體系中開展了瓦斯水合分離實驗，獲得了氣樣水合分離熱力學(xué)參數(shù)和氣相色譜分析結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)：57.90%濃度的I型氣樣經(jīng)過提純可以達(dá)到77.21%-88.13%；34.13%濃度的II型氣樣經(jīng)過提純可以達(dá)到66.39%。2010年，吳強(qiáng)等[27]利用自制的可視化實驗裝置，針對3種不同組分的瓦斯氣樣，開展了含煤表面活性劑溶液(T40、T80、T40/T80)下瓦斯水合物的生成實驗，計算了甲烷氣體分離提純濃度。結(jié)果表明：體積分?jǐn)?shù)為26%、39.8%和58.98%

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]天然氣水合物開采機(jī)理實驗研究[D]. 劉義興.中國石油大學(xué) 2009



本文編號：3467933