含瓦斯煤样利用相变储热材料升温解吸实验研究

Heat injection is one of the ways to improve the effect of gas drainage, thermal response mechanism and law of gas emission of coal is the basic theory to design and implement heating process. The project is proposed in view of fine coal sample structure based on the analysis of the characteristics of qualitative and quantitative test for gas adsorption-desorption experiments under different environment. Heating characteristics of coal during gas adsorption and desorption process will be studied. By using the related theory, such as heat transfer and thermodynamics analysis, the heat transfer characteristics, the mechanism of gas migration and the thermal effect mechanism of gas adsorption-desorption process will be researched. Gas desorption-diffusion model which consider the temperature variation will be established, and the related parameters will be calculated and analyzed. Design the system which will be used to do gas desorption experiment under the heating process. The heating process will use the PCM as the heat source. The heat cyclical process, temperature distribution characteristics and gas discharge laws will be analyzed during the heating process. The study is important to improve the gas drainage effect and has an important theoretical significance for prevention and control of mine gas dynamic disaster.

注热是提高瓦斯抽放效果的方法之一，煤体受热时热响应机制及瓦斯涌出规律是设计和实施注热工艺的理论基础。本项目拟在煤样微细观结构特征定性、定量测试分析的基础上开展不同环境下瓦斯吸附解吸实验，研究煤样瓦斯吸附过程和含瓦斯煤样瓦斯解吸过程热效应特征；采用传热学、热力学等相关理论，分析含瓦斯煤样受热时瓦斯解吸过程热传导特征、瓦斯运移机理及热效应机制，结合煤体瓦斯吸附解吸过程热效应特征，建立温度有关的含瓦斯煤瓦斯解吸扩散模型，并对相关参数进行解算分析；设计含瓦斯煤样利用相变储热材料相变放热升温促解吸实验系统，开展利用新型相变储热材料相变放热作为热源的含瓦斯煤样恒温受热解吸实验，分析煤样利用相变材料作为恒温热源升温时的热传导过程、煤样温度分布特征及瓦斯涌出规律。本项目研究对于改善瓦斯抽放效果及有效防治矿井瓦斯动力灾害具有重要的理论意义。

注热是提高瓦斯抽放效果的方法之一，煤体受热时热响应机制及瓦斯涌出规律是设计和实施注热工艺的理论基础。本项目开展了（1）实验研究煤体瓦斯吸附解吸过程热效应特征（2）理论分析煤体与甲烷相互作用过程中能量转移机制（3）建立考虑温度的煤体瓦斯解吸扩散数学模型（4）开展利用新型相变储热材料对煤体升温促瓦斯解吸实验研究，依此分析煤层钻孔内利用新型相变储热材料改善瓦斯抽放效果的可行性，为提高煤层瓦斯抽放效率提供理论参考。实验室对已有的吸附解吸系统进行了设计改造，使其满足煤样吸附、解吸过程中温度变化规律的测试功能，主要是对系统的装样罐进行了重新设计加工。因此，整个瓦斯吸附解吸测试系统就包括：吸附解吸仪、测温系统、压力测试系统、数据采集处理系统、样品干燥系统及真空脱气系统等。对煤体瓦斯扩散过程进行了第一类边界条件下的求解，建立了考虑温度的煤体瓦斯解吸扩散量数学物理模型 ，结合实验结果进行验证分析。.课题研究得到，煤体瓦斯吸附过程为温度升高的放热过程，解吸过程为温度降低的吸热过程。温度变化速率及变化幅度与煤样的变质程度、环境温度、煤样粒径、吸附平衡压力等因素相关，温度变化量与时间呈指数函数关系。计算了第一类边界条件下的煤体瓦斯解吸扩散系数，建立了煤体的温度变化量——涌出量数学模型，并通过对实验数据的拟合计算进行了验证分析。基于实验及理论分析结果提出了实验室煤与瓦斯突出验证性指标 ，提出了一种基于相变材料相变放热提高煤层温度的煤体升温新方法。研究成果对于揭示煤与瓦斯突出机理、防治煤与瓦斯突出等方面具有应用和参考价值。.我国煤炭开采矿井开采深度逐年增加，煤层透气性低、地应力大、瓦斯压力及含量等逐渐复杂，给煤炭安全开采尤其瓦斯治理带来诸多难题。本项目通过研究煤与瓦斯间作用热效应机理，提出一种利用相变储热材料提高瓦斯抽放效果的新思路，对于提高低透难抽煤层瓦斯抽放具有重要指导意义，具有广阔的应用前景。.依托该项目出版专著1部，发表SCI论文8篇，EI收录2篇，发明专利5项，获得科技进步奖励6项。