發(fā)布時(shí)間：2021-10-30 01:42

　　通過對(duì)煤樣破碎、篩分后煤屑的形狀進(jìn)行觀測(cè),發(fā)現(xiàn)其中一小部分煤屑形狀為球形、平板形,而大部分煤屑形狀為圓柱體或長(zhǎng)方體。分析了煤屑放散瓦斯過程中擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)變特征,以此為基礎(chǔ)建立了基于時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)的圓柱體煤屑瓦斯擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)學(xué)物理的方法求取了相應(yīng)的解析解。采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法,對(duì)所推導(dǎo)的圓柱體煤屑瓦斯擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型的解析解進(jìn)行了驗(yàn)證,并與球形煤屑瓦斯擴(kuò)散模型的解析解進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明:圓柱體煤屑瓦斯擴(kuò)散模型解析解能更好地反映煤屑放散瓦斯的特征,具有廣泛適用性,可用于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合,以及為煤礦井下瓦斯含量測(cè)定方法的研究提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：礦業(yè)安全與環(huán)保. 2020,47(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圓柱體煤屑放散瓦斯示意圖

實(shí)驗(yàn)所采用的煤樣取自河南焦煤能源演馬莊煤礦27131工作面，煤樣的灰分為17.52%，揮發(fā)分為8.74%，真密度為1.65 g/cm3，視密度為1.57 g/cm3，極限吸附瓦斯量為43.685 1 cm3/g，瓦斯吸附常數(shù)b為1.647 1 MPa-1。經(jīng)破碎、篩分后，選用粒徑為0.20～0.25 mm的煤屑，質(zhì)量為20.003 g。應(yīng)用MATLAB軟件的統(tǒng)計(jì)繪圖函數(shù)Wblplot進(jìn)行威布爾分布檢驗(yàn)后，采用矩估計(jì)法和經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)威布爾分布的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行求解，得到煤屑的穩(wěn)定形狀是直徑為0.18 mm、長(zhǎng)為0.24 mm的圓柱。本次實(shí)驗(yàn)煤樣的吸附平衡壓力為0.83 MPa，實(shí)驗(yàn)溫度為30℃，實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法與文獻(xiàn)[22-25]相同。擴(kuò)散系數(shù)的求取與球形煤屑瓦斯擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算方法類似，不同之處在于首先假定圓柱體煤屑的擴(kuò)散系數(shù)為一定值，利用獲得的濃度分布解與極限瓦斯放散量即可完成對(duì)實(shí)驗(yàn)煤樣瓦斯擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著放散時(shí)間的延長(zhǎng)，煤樣的瓦斯擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)衰減的特征，這與前人的研究成果一致。通過對(duì)不同時(shí)間擴(kuò)散系數(shù)的擬合，發(fā)現(xiàn)二者極好地服從函數(shù):

式(17)與李志強(qiáng)等[24-25]所提出的動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)形式一致。應(yīng)用式(17)所表征的時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)一步對(duì)球形煤屑瓦斯放散規(guī)律進(jìn)行檢驗(yàn)對(duì)比，對(duì)比的球形煤屑的尺寸為直徑0.20 mm和0.25 mm，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，基于直徑0.20 mm和0.25 mm的球形煤粒的計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)與圓柱體煤屑的計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)變化特征相同，但具體數(shù)值不同，直徑0.20 mm球形煤粒的計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)最大，圓柱體煤屑計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)次之。且采用球形煤粒的計(jì)算放散量與實(shí)際煤粒放散量誤差較大，而應(yīng)用基于時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)的圓柱體煤屑瓦斯擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型計(jì)算值與實(shí)際較為吻合。這表明，煤屑形狀的選取對(duì)于計(jì)算瓦斯擴(kuò)散系數(shù)的影響較大，煤的物性參數(shù)對(duì)于其破碎、篩分后的粒度、形狀影響較大，在研究煤屑瓦斯放散規(guī)律時(shí)，應(yīng)針對(duì)煤屑的形狀進(jìn)行嚴(yán)格劃分，以便使理論研究成果更接近于實(shí)際，有利于進(jìn)一步厘清瓦斯擴(kuò)散機(jī)理。這對(duì)于研究煤層瓦斯含量的井下快速測(cè)定、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)指標(biāo)具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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