【摘要】：為研究《煤的甲烷吸附量測定方法(高壓容量法)》(MT/T752-1997)標準中測試瓦斯吸附常數(shù)的吸附平衡時間(第1個點吸附平衡7 h,當壓力大于0.5 MPa后每個壓力點吸附平衡4h)是否能夠使吸附能力強的無煙煤真正達到吸附平衡,通過COMSOL軟件建立模型,模擬瓦斯在煤內的吸附擴散過程,從而研究無煙煤達到吸附平衡所需時間。研究表明,對于無煙煤,標準中規(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,測試無煙煤的瓦斯吸附常數(shù)時,應延長其吸附平衡時間。對同一種煤(無煙煤)的軟煤和硬煤,軟煤的孔隙比硬煤發(fā)達,瓦斯若要進入更小的微孔隙內,分子擴散阻力越來越大,所需平衡時間越來越長,因此,在同一吸附壓力下,軟煤達到吸附平衡的時間比硬煤長。
【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程是一個很復雜的過程，從分子運動觀點來看，氣體分子在孔隙壁上的吸附和解吸是瞬間完成的。但實際上瓦斯通過煤屑的流動需要一定的時間，這是因為瓦斯由煤屑通過各種不同大小的孔隙和裂隙涌出時要克服阻力［12］。把瓦斯從煤屑中涌出的過程看作是氣體在多孔介質中的擴散，其涌出規(guī)律符合Fick擴散定律［13］。經(jīng)過一系列公式變換和擴散實驗的完成，得到瓦斯擴散與時間的關系，如圖1，經(jīng)計算得到系數(shù)D值，見表1。將擴散系數(shù)D代入式(1)進行數(shù)值模擬。從圖表1擴散系數(shù)樣品名稱堅固性系數(shù)fD/(cm2·s)九里山(軟)0．211．01×10－9九里山(硬)1．461．12×10－9圖1瓦斯擴散與時間關系圖1和表1可知，在相同瓦斯壓力條件下，短時間內，軟煤的擴散速度普遍比硬煤快，軟煤的擴散系數(shù)也比硬煤大;隨著時間延長，瓦斯擴散速度逐漸衰減，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模擬結果及分析九里山礦軟、硬煤對瓦斯的吸附擴散過程如圖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間模擬結果。分圖(a)為壓力從0開始吸附平衡至0．74MPa的擴散模擬過程，分圖(b)為從0．74MPa開始吸附平衡至2MPa的擴散模擬過程，分圖(c)為從2MPa開始吸附平衡至4MPa的擴散模擬過程，分圖(d)為從4MPa開始吸附平衡至6MPa的擴散模擬過程。圖中橫坐標代表瓦斯球體的直徑，試驗煤樣粒度0．17～0．25mm，平均為0．21nm，換算單位后平均粒徑2．1×10－4m。縱坐標代表瓦斯?jié)舛�，在球心處，初始條件下，瓦斯?jié)舛葹?，以1h為時間步長，，圖中每條曲線代表每過1h瓦斯擴散濃度?

圖2九里山軟煤瓦斯擴散圖圖3九里山硬煤瓦斯擴散圖到吸附平衡的時間分別為14、16、18、22h，硬煤在每個壓力點達到吸附平衡的時間分別為13、14、15、18h，軟煤達到吸附平衡的時間大于硬煤。3結論1)對于無煙煤，標準《煤的甲烷吸附量測定方法(高壓容量法)》(MT/T752－1997)規(guī)定的第1個點吸附平衡7h，當壓力大于0．5MPa后每個壓力點吸附平衡4h并不足以使瓦斯完全吸附在煤孔隙中，在測試無煙煤的極限瓦斯吸附量時，應延長無煙煤的吸附平衡時間。2)軟煤的孔隙比硬煤發(fā)達，瓦斯若要進入更小的微孔隙內，分子擴散阻力越來越大，需要的平衡時間越來越長。在同一吸附壓力下，軟煤達到吸附平衡的時間比硬煤長。(下轉第57頁)·53·第46卷第3期2015年3月SafetyinCoalMinesVol．46No．3Mar．2015

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本文編號：2554120