硕士研究生论文答辩 低温对煤吸附甲烷及煤体力学性能.ppt

然而，时至今日，国内外学者对温度对煤吸附甲烷能力的影响所进行的研究工作，主要集中在常温（30℃）以上，而对于低温（≤0℃）对煤吸附CH4的影响还未见报道。因此，研究低温条件下煤对CH4吸附量与温度的关系，温度对煤的瓦斯吸附量影响程度及其计算方法，同时研究冻结对煤体力学性能的影响是十分有意义的。 目前人们对煤吸附甲烷机理的研究主要是一些等温吸附理论，如Langmuir单分子层吸附理论、BET多分子层理论、Freundlich理论、Polomyi吸附势理论及微孔填充理论等，而S.Brunauer等将等温吸附曲线归纳为五种类型 ，如下图： 微孔填充理论 对有些微孔介质(如煤、活性炭等)，其孔径尺寸与被吸附分子的大小相当，吸附则可能发生在吸附剂的内部空间，即吸附质分子在微孔体积内的凝聚而不是表面分子层的吸附。为此Dubinin及其合作者早在40年代就提出了著名的微孔填充理论来描述这类吸附过程。后来Dubinin及其它学者又进一步发展和完善了微孔填充理论[13]，提出了著名的D—A（Dubini—Astakhov）吸附等温方程式: 技术路线 改造方案 增加2个与原设备上规格完全一样的煤样罐、不锈钢水浴槽（我们把此水浴槽称作水浴槽A，把设备上原来的水浴槽称作水浴槽B）、-50℃—100℃温度传感器、以及连接铜管、接头等配件（新增加的铜管长度等于原来设备上和煤样罐相连的铜管长度）；自制一个温度控制开关。原理图如下： 改造方案 方法：事先把不锈钢金属水浴槽A注满水,使煤样罐浸没在水中，然后拧开高压瓦斯钢瓶开关，把事先配制好的清洁剂水溶液涂抹在管路接口处，注意观察这些地方及水浴槽是否有气泡冒出,若有,则说明漏气。注意清洁剂的对水比例通常是1:3或1:4，太稀薄查渗不行，太粘稠，小漏点查不出。 表 煤样吸附数据Tab Adsorption data of coal sample 坦家冲煤样吸附图 通过注水冻结成型煤样的单轴抗压强度实验，发现其受压后变形分为四个阶段：压密阶段（OA）、弹性阶段（AB）、塑性屈服阶段（BC）和破坏阶段（CD） 。 3 在低温阶段，同一煤样在相同压力下，吸附量与温度呈负相关关系。随着温度的降低，煤吸附甲烷的能力提高。压力越大，煤体吸附量随吸附温度变化趋势越明显；压力较低时，吸附量随压力增大呈线性的增长，随后吸附速度不断的衰减，当压力达到一定值时，煤对CH4气体的吸附能力达到饱和，此后再增加压力吸附量不再增加。这与于洪观的结论：“煤对混合气体CH4吸附量并不随着压力的增加而增加，而是随着压力的增加而增加到最大值后随着压力的增加吸附量略降低”基本一致。 4 在低温阶段（T≤0℃）煤的Langmuir常数a的值明显高于常温阶段（T=30℃）常数a的值。在相同温度变化趋势下，不同煤的吸附常数a的变化趋势不同；煤体吸附量越大，吸附量随温度变化的趋势越剧烈。 不足与展望 成型煤样不同冻结温度下的力学性能参数 表6.1 不同冻结温度下成型煤样的主要力学参数值 成型煤样不同冻结温度下的力学性能参数 成型煤样冻结温度-抗压强度关系曲线 成型煤样结温冻度-弹性模量关系曲线 成型煤样不同冻结温度下的力学性能参数 成型煤样冻结温度-抗压强度关系拟合曲线 成型煤样冻结温度-弹性模量关系拟合曲线 冻结温度对煤的力学性能的影响 选取煤的抗压强度和弹性模量来分析突出煤层注水冻结后的力学性能变化。以横坐标表示冻结温度，纵坐标分别表示成型煤样平均抗压强度、平均弹性模量，其随冻结温度的变化关系如表6.2和图6.7～6.8所示。 表6.2 不同冻结温度下成型煤样抗压强度值 冻结温度对煤的力学性能的影响 图6.7成型煤样冻结温度-抗压强度关系曲线 图6.8 成型煤样冻结温度-弹性模量关系曲线 从这些图可以看出：相同模压下，随着冻结温度的降低，成型煤样的单轴抗压强度明显增大，弹性模量也成增大趋势 冻结温度对煤的力学性能的影响 如果以横坐标表示冻结温度，以成型煤样最大抗压强度或最大弹性模量为纵坐标，其随冻结温度的变化关系如表6.5和图6.11～6.12所示。 表6.5 不同冻结温度下成型煤样最大力学参数值 冻结温度对煤的力学性能的影响 图6.11 成型煤样冻结温度-最大抗压强度关系曲线 图6.12 成型煤样冻结温度-最大弹性模量关系曲线 从这些图可以看出：忽略实验模压的影响，随着冻结温度的降低，成型煤样的最大单轴抗压强度明显增大，最大弹性模量也明显增大。其与图6.7～6.9所示的成型煤样平均抗压强度和平均弹性模量随冻结