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粘液对煤体瓦斯解吸特征影响公式的建立

范文

许彦鹏马书玉

【摘? 要】论文以实验数据为基础，长平煤矿煤样为研究对象，利用Origin软件进行回归分析处理，建立以文特公式为基础的模型，就量化煤内注入粘液抑制瓦斯解吸的影响这一课题展开了拟合分析，确定了影响系数。

【Abstract】Based on the experimental data and coal samples of Changping Coal Mine as the research object， Origin software is used for regression analysis， and a model based on Venter formula is established. Fitting analysis is carried out to quantify the influence of injecting mucus in coal on gas desorption inhibition， and the influence coefficient is determined.

【关键词】煤内注液;瓦斯解吸特征;模拟测试;影响系数

【Keywords】injection liquid in coal; gas desorption characteristics; simulation test; influence coefficient

【中图分类号】TD712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）11-0178-02

1 引言

煤层注水抑制瓦斯解吸作为一种局部防突措施在20世纪50年代早有应用，在后来的发展中通过往水中加入表面活性剂等溶剂，一定程度上增强了抑制瓦斯解吸的作用。但因随着时间推移煤体内介质流失明显，封堵作用有限。当为表面活性剂溶液中加入无机盐增稠后，水体粘性增强，将粘液注入煤体后，煤体的渗透性大大降低，起到了有效封堵煤体孔隙中瓦斯、阻碍其流动的作用。

为了探索瓦斯解吸规律，中外专家经长期不断大量研究后提出了各种理论，建立了多种经验公式，本文以文特公式Qt=■t■为基础建立了描述注粘液后煤体瓦斯解吸过程的模型，通过在不同粘度粘液处理的煤样的瓦斯解吸量或解吸速度随时间变化的趋势确定粘液对煤体瓦斯解吸规律的影响，得到粘液对瓦斯解吸的影响系数。

2 粘液对瓦斯解吸抑制作用理论分析

煤体的吸附平衡状态实际上是一个动态平衡，煤体中的瓦斯在吸附、游离两种状态之间存在且在一定条件下可相互转化。这个过程受很多因素影响，如煤体本身的粒度、水分、挥发分等性质，还有外界的压力、温度等条件。

作为一种裂隙-孔隙介质，煤体内部结构多孔，在一定的吸附平衡压力下，当注入煤体的粘液粘度越高，对煤体内孔隙封堵作用越明显，煤体渗透率降低幅度越大，瓦斯流动能力就越小。在粘液粘度相同的情况下，当吸附平衡压力越大，煤体孔隙中瓦斯含量越大，煤体孔隙中瓦斯的能量就越大，粘液对煤体孔隙的封堵作用就相对越小。与其他注液介质如水、表面活性剂溶液比起来封堵作用显著，同时流动性小不会随时间推移造成介质流失，封堵作用下降。而且可以同时封堵孔隙与裂隙。

3 关于文特公式计算累计瓦斯解吸量误差与分析

下面以实验测得的煤样瓦斯解吸实际解吸量为基础，将数据与利用文特公式推算的不同时间段的累计瓦斯解吸量进行了误差对比，分析其在不同平衡压力、不同粘度液体处理的煤样累计瓦斯解吸量的准确性与可靠程度（见表1）。

4 影响公式模型的建立

将实验测得的瓦斯解吸量随时间的变化关系曲线基础上用Origin软件对文特公式进了回归分析与误差分析，结果表明运用文特公式描述经粘液处理后煤体的瓦斯解吸量随时间的变化关系十分理想。根据实验数据计算得出经不同粘度粘液处理的煤样的瓦斯解吸量的回归系数Kt和解吸速度V1，如表2所示。

根据表2可以看出，粘液粘度对回归系数Kt影响不大，粘液粘度对煤样瓦斯解吸吸附抑制规律主要反映在对瓦斯解吸1min时速度V1的不同上。为方便计算，忽略粘液粘度对回归系数Kt的影响，选取平均值。

以朗格繆尔方程为模型建立影响系数η数学模型：

以式（1）为数学模型对粘度W与影响系数η关系图中各实验点的进行拟合，分别得出了煤样在不同平衡压力、不同粘度粘液下煤样的瓦斯解吸影响极限值和影响常数b，如表3所示。

将不同平衡压力下对应的影响极限值 α和影响常数b代入式（1）可得在不同平衡压力下粘液粘度对瓦斯解的影响系数：

随着吸附平衡压力P的增加，影响系数η的参数也发生了规律性变化，粘液对瓦斯解吸的影响极限值 α和影响常数b可以用平衡压力P较好的描述。即：

所以粘度对瓦斯解吸的影响系数η可以用其中最重要的两个影响因素即粘液粘度W与平衡压力P来描述：

影响系数和文特公式的乘积即式（8），表示粘度对瓦斯解吸量的抑制作用：

5 结论

①以实验实测数据为基础，将数据与利用文特公式推算的不同时间段的累计瓦斯解吸量进行了误差对比验证了该公式的可靠性。

②以朗格缪尔公式为模型建立经粘液处理后煤样瓦斯解吸量的影响系数模型，并考虑了粘度W与吸附平衡压力P的因素，计算得出粘度影响系数η=■。

【参考文献】

【1】徐星华，杨嘉怡，杨韶昆.活性水降低工作面瓦斯涌出强度试验研究[J].工矿自动化，2016，42（04）：41-46.

【2】郭怀广.煤层注水防突机理及合理水分研究[D].焦作：河南理工大学，2011.

【3】王兆丰，许彦鹏，刘军.水力挤出快速消突措施在大众煤矿的应用[J].河南理工大学学报（自然科学版），2007（02）：117-121

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