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颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型及扩散参数反演研究 被引量:10
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作者 王登科 王洪磊 魏建平 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期10-15,共6页
为研究颗粒煤瓦斯解吸规律,基于Fick定律建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型,完成了颗粒煤瓦斯解吸模型的数值试验。引入了非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出颗粒煤的扩散参数的B谱,从而确定出颗粒煤瓦斯扩散系... 为研究颗粒煤瓦斯解吸规律,基于Fick定律建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型,完成了颗粒煤瓦斯解吸模型的数值试验。引入了非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出颗粒煤的扩散参数的B谱,从而确定出颗粒煤瓦斯扩散系数D的准确范围。研究结果表明:颗粒煤瓦斯解吸符合Fick扩散定律,颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型能很好地解决单一扩散系数模型的扩散系数随时间衰减的问题,准确反映了颗粒煤瓦斯解吸规律,单一扩散系数瓦斯解吸模型只是多扩散系数瓦斯解吸模型的一个特例;NNLS是一种有效的反演算法,利用NNLS方法可以准确反演出颗粒煤瓦斯解吸过程中的扩散参数的B谱,通过B谱可方便计算出颗粒煤的瓦斯扩散系数。 展开更多
关键词 颗粒煤 瓦斯解吸 多扩散系数瓦斯解吸模型 非负约束最小二乘法 扩散系数反演
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煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型 被引量:74
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作者 李志强 刘勇 +1 位作者 许彦鹏 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期633-643,共11页
为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规... 为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。 展开更多
关键词 瓦斯 煤层气 扩散模型 扩散系数 动态
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新扩散模型下温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的影响 被引量:45
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作者 李志强 王登科 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1055-1064,共10页
升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一,其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验:(1)初始同压不同温吸附后恒温扩散;(2)同初始吸... 升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一,其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验:(1)初始同压不同温吸附后恒温扩散;(2)同初始吸附量条件下(高温高压、低温低压吸附后)恒温扩散;(3)同初始温压吸附后的升温扩散实验。实验结果表明:实验(1),(2)中用单孔隙经典扩散模型计算的常扩散系数随温度升高呈现无规律的波动形态,经典模型无法解释这一现象。原因是经典模型不能精确描述全时段扩散过程,误差极大,继而发现了扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了能精确描述全时扩散过程的动态扩散系数新模型。新模型分析表明,煤基质中多尺度非均质孔隙形态决定了多级孔隙扩散系数分布,进而导致了扩散系数随时间延长而衰减。新模型下动扩散系数随温度升高单调递增,符合阿雷尼乌斯关系,规律惟一,经典模型常扩散系数是新模型动态扩散系数的平均值。新模型涵盖了经典模型,前者是后者的推广。 展开更多
关键词 瓦斯 扩散模型 扩散系数 温度 动态
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煤粒瓦斯解吸-扩散数值模型适用性及参数敏感性研究
4
作者 张迪 丰程涛 +1 位作者 李鹏 田昊晨 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期281-288,共8页
研究煤中瓦斯解吸-扩散规律,对于充分认识煤中瓦斯运移机理、科学利用瓦斯资源、精准防治瓦斯灾害具有重要意义。采用数值模拟研究方法,对单孔模型、双孔模型及动扩散系数模型在煤粒瓦斯解吸-扩散过程中的适用性进行了对比和分析,研究... 研究煤中瓦斯解吸-扩散规律,对于充分认识煤中瓦斯运移机理、科学利用瓦斯资源、精准防治瓦斯灾害具有重要意义。采用数值模拟研究方法,对单孔模型、双孔模型及动扩散系数模型在煤粒瓦斯解吸-扩散过程中的适用性进行了对比和分析,研究了双孔模型与动扩散系数模型的瓦斯压力分布规律及模型各参数对煤样变质程度、粒径、吸附平衡压力的敏感性。结果表明,相较于单孔模型,双孔模型与动扩散系数模型可以更加精准描述全阶段瓦斯解吸-扩散规律。双孔模型与动扩散系数模型以不同方式描述了瓦斯解吸-扩散过程,相较于双孔模型,动扩散系数模型中煤粒径向瓦斯压力梯度较大。煤样变质程度、粒径、吸附平衡压力等对模型各参数有较大影响,其本质均为煤中孔隙结构差异。研究结果可为合理选择瓦斯解吸-扩散模型及其参数提供借鉴。 展开更多
关键词 瓦斯扩散 双孔模型 扩散系数模型 孔隙结构 数值模拟
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基于Fick定律的柱状煤瓦斯扩散系数变化规律及模型构建 被引量:5
5
作者 秦玉金 安丰华 +2 位作者 苏伟伟 贾宏福 陈向军 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期140-149,共10页
瓦斯扩散能力直接影响瓦斯资源开采、突出危险性、瓦斯涌出及含量测定。为了研究煤中瓦斯扩散系数受应力、瓦斯压力、温度等因素的作用规律,在稳定浓度差条件下对柱状煤进行了扩散系数测定,避免了通过解吸曲线反推扩散系数带来的模型依... 瓦斯扩散能力直接影响瓦斯资源开采、突出危险性、瓦斯涌出及含量测定。为了研究煤中瓦斯扩散系数受应力、瓦斯压力、温度等因素的作用规律,在稳定浓度差条件下对柱状煤进行了扩散系数测定,避免了通过解吸曲线反推扩散系数带来的模型依赖性问题。研究结果表明:无论是吸附性气体甲烷还是非吸附性气体氦气,扩散系数与有效应力近似为负线性关系,但相较于渗透率受影响较小;甲烷扩散系数随进气压力(浓度梯度)增大呈幂函数衰减规律,与温度关系满足阿伦尼乌斯公式。对比分析了稳态法实测扩散系数与经典模型和时变扩散系数模型所得扩散系数,发现所得扩散系数的量级相同,大小可相差数倍,且扩散系数随甲烷压力增大变化趋势不同。基于扩散系数受压力(浓度梯度)和温度影响规律,建立了变扩散系数扩散模型,并利用柱状煤实测的扩散系数对粒煤在恒温和变温条件下解吸数据进行了预测。对预测结果进行解吸试验验证,表明该模型无论是在恒温还是变温条件下都能很好反映煤基质中瓦斯扩散过程。 展开更多
关键词 瓦斯涌出 扩散系数 稳态法 浓度梯度 应力 扩散系数模型
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密度梯度驱动的煤粒瓦斯解吸扩散模型及试验研究 被引量:13
6
作者 秦跃平 徐浩 +1 位作者 毋凡 张凤杰 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期169-176,共8页
为解决菲克扩散模型在煤粒瓦斯解吸扩散过程中存在较大偏差的问题,更好地解释瓦斯在煤粒中的解吸扩散机制,首先开展了封闭空间煤粒瓦斯解吸试验,得到不同初始解吸压力下的煤样瓦斯解吸数据,并评估了4种解吸经验公式的精确性;随后回顾了... 为解决菲克扩散模型在煤粒瓦斯解吸扩散过程中存在较大偏差的问题,更好地解释瓦斯在煤粒中的解吸扩散机制,首先开展了封闭空间煤粒瓦斯解吸试验,得到不同初始解吸压力下的煤样瓦斯解吸数据,并评估了4种解吸经验公式的精确性;随后回顾了浓度梯度驱动的菲克扩散模型,提出了游离瓦斯密度梯度驱动的新扩散模型;在此基础上,建立了相关的解吸扩散数学方程,并采用有限差分数值方法进行数值解算;最后将新模型与菲克模型的解算结果以及试验数据进行比较,讨论了新瓦斯扩散模型的优势。结果表明:不同的解吸经验公式拟合试验数据的精确度差异较大,优选出了一种能够在全试验时间尺度下拟合情况良好的经验公式;4种不同初始解吸压力条件下的新扩散模型的数值预测结果在整个试验时间尺度内与试验数据基本一致;相对来说,基于菲克扩散模型数值解算的结果准确性不高;在保证理论预测精度的前提下,新扩散模型中的微孔道扩散系数不随时间和压力而改变;而建立在常扩散系数的假设之上的经典菲克扩散模型的解析解和数值解会产生较大误差。新模型可以更合理和准确地描述瓦斯解吸扩散行为。研究结果旨在为瓦斯解吸扩散机理的认识、瓦斯突出解吸指标及煤层瓦斯含量的标定等工作提供一些新的思路和参考。 展开更多
关键词 煤粒 瓦斯解吸 菲克扩散 游离瓦斯密度梯度 扩散系数
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煤层瓦斯解吸扩散过程中甲烷碳同位素分馏动力学模型 被引量:3
7
作者 李伟 杨康 程远平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期849-859,共11页
甲烷在多孔介质煤层中运移时,会发生显著的同位素分馏,目前的模型和机制并不能完全解释瓦斯运移过程中的同位素分馏现象。以不同分子间的竞争吸附作用、扩散能力差异性以及碳同位素分馏解吸-扩散成因等理论为基础,构建了煤层甲烷碳同位... 甲烷在多孔介质煤层中运移时,会发生显著的同位素分馏,目前的模型和机制并不能完全解释瓦斯运移过程中的同位素分馏现象。以不同分子间的竞争吸附作用、扩散能力差异性以及碳同位素分馏解吸-扩散成因等理论为基础,构建了煤层甲烷碳同位素分馏动力学模型。研究结果表明,在解吸过程中,甲烷碳同位素逐渐变重。瞬时同位素值在解吸后期呈指数级变重,累计同位素值随时间的变化与气体的累计脱气量随时间的变化相似。在气体扩散过程中,扩散系数比值(D_(1)/D_(2))对同位素分馏具有显著的控制作用。煤心中吸附气的体积分数占到90%以上,吸附/解吸引起的同位素分馏变化与耦合作用下引起的同位素分馏变化相近,该模型较好的预测了煤心瓦斯解吸中碳同位素分馏试验。甲烷在孔隙中的解吸、扩散是碳同位素发生分馏的重要原因,在此过程中游离气和吸附气引起的同位素分馏具有阶段性。通过该模型的参数与煤心的参数匹配后,可以获得煤心吸附气含量、游离气含量,进而评价煤层瓦斯含量。将该模型应用到煤层钻孔瓦斯抽采过程中,结合现场测试和实验室测试确定模型参数,建立煤层钻孔抽采瓦斯碳同位素值与瓦斯抽采情况的关系。可以判断煤层瓦斯抽采所处的阶段,并计算残余瓦斯含量,为评价煤层瓦斯抽采效果的潜在应用提供理论基础。 展开更多
关键词 甲烷碳同位素分馏 扩散 吸附/解吸 动力学模型 瓦斯抽采
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基于流动扩散互竟关系的基质吸附态瓦斯表观扩散系数实验室测定准确性分析 被引量:9
8
作者 赵伟 王凯 +4 位作者 李成武 鞠杨 刘晨熙 魏诚敏 袁廷璐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期860-869,共10页
解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞... 解吸试验初期高速涌出的游离瓦斯使得不同损失时间条件下观测到的解吸曲线形态发生剧烈变化,给实验室准确测定基质吸附态瓦斯表观扩散系数,以及工程中精确测定钻屑瓦斯解吸指标K_(1)与损失瓦斯含量带来了不便。基于瓦斯流动与扩散的竞争互抑关系,建立了引入游离瓦斯流动的全浓度表观扩散模型,确定了游离瓦斯和吸附瓦斯对于整体逸散瓦斯的贡献变化,同时构建了K_(1)时因衰减模型。利用自主研发的瓦斯解吸自动测试装置,精确测定了初期瓦斯解吸曲线,并获得了损失时间为1,5,10 min条件下的表观扩散系数有效值。研究结果显示:随解吸时间的延长,整个解吸过程可分为3个阶段,分别为游离瓦斯流动主控阶段、过渡阶段和基质吸附瓦斯扩散主控阶段;裂隙游离瓦斯量与解吸时间呈线性规律,基质吸附瓦斯量与解吸时间符合单孔扩散模型规律,其在短时间内又符合√t(t为时间)模型;随着损失时间增大,游离瓦斯在整体逸散瓦斯中的贡献逐渐减小,而吸附瓦斯扩散的比例逐渐增大,在宏观上表现为解吸曲线线性段缩短,而曲率增加;依此推导出的表观扩散系数有效值和K_(1)亦随之逐渐减小,且减小速度初期较大。利用表观扩散系数时因衰减关系,给出了K_(1)及损失量测定的有效测算时间区间,并建立了精确度更高的瓦斯损失量推算模型,将原有√t模型对试验样品数据的拟合度提升了20.8%。 展开更多
关键词 损失量 单孔扩散模型 扩散系数 K_(1) 解吸曲线
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扩散时间对经典模型扩散系数影响研究 被引量:6
9
作者 张宪尚 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期60-65,共6页
为研究时间因素对扩散系数拟合计算的影响,基于经典扩散模型分析其拟合过程中的理论误差,并选用不同时间段及时间间隔的颗粒煤瓦斯扩散动力学试验数据,通过常规及定截距2种线性拟合方式分析扩散系数及确定系数R^2随时间的变化趋势。结... 为研究时间因素对扩散系数拟合计算的影响,基于经典扩散模型分析其拟合过程中的理论误差,并选用不同时间段及时间间隔的颗粒煤瓦斯扩散动力学试验数据,通过常规及定截距2种线性拟合方式分析扩散系数及确定系数R^2随时间的变化趋势。结果表明:拟合理论误差随着扩散时间延长而降低,常规拟合和定截距拟合计算得到的扩散系数随着扩散时间的延长而趋于相同,但两者得到的扩散系数随时间段、时间间隔增大呈现不同变化特征,并受到0点数据的影响。 展开更多
关键词 瓦斯扩散系数 经典扩散模型 扩散时间 线性拟合 定截距
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煤粒瓦斯扩散的数学物理模型 被引量:30
10
作者 聂百胜 王恩元 +2 位作者 郭勇义 吴世跃 卫建锋 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 1999年第6期582-585,共4页
分析了煤粒瓦斯解吸扩散的过程,建立了第三类边界条件下的煤拉瓦斯扩散的教学物理模型并给出了模型的解析解.结论表明,第三类边界条件下的瓦斯扩散模型包含以往研究的第一类边界条件下的扩散模型,传质毕欧准数能表征煤粒瓦斯扩散场... 分析了煤粒瓦斯解吸扩散的过程,建立了第三类边界条件下的煤拉瓦斯扩散的教学物理模型并给出了模型的解析解.结论表明,第三类边界条件下的瓦斯扩散模型包含以往研究的第一类边界条件下的扩散模型,传质毕欧准数能表征煤粒瓦斯扩散场的特点;介绍了测试煤粒瓦斯扩散系数和表面传质系数的方法,给出了测试实例. 展开更多
关键词 煤粒 瓦斯扩散 瓦斯含量 扩散系数 数学物理模型
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考虑瓦斯解吸影响的煤渗流应力耦合模型 被引量:13
11
作者 赵全胜 李其廉 黄鹂 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2010年第4期533-536,共4页
为了模拟瓦斯解吸引起的煤基质收缩对煤层瓦斯抽放的影响,采用数值计算方法建立了考虑瓦斯解吸影响的煤岩渗流应力耦合数学模型。并对Seidle模型不考虑有效应力对渗透率影响的缺陷提出了改进,开发了相应的数值计算程序,并对数值计算程... 为了模拟瓦斯解吸引起的煤基质收缩对煤层瓦斯抽放的影响,采用数值计算方法建立了考虑瓦斯解吸影响的煤岩渗流应力耦合数学模型。并对Seidle模型不考虑有效应力对渗透率影响的缺陷提出了改进,开发了相应的数值计算程序,并对数值计算程序的可靠性做了验证。数值算例按考虑和不考虑瓦斯解吸影响两种工况分析了一个试井的瓦斯抽放过程,结果表明:瓦斯解吸诱发的煤基质收缩会较大提高煤岩的渗透率,在瓦斯抽放数值计算中应予以考虑;建立的改进Seidle模型能很好地模拟有效应力和瓦斯解吸对煤岩渗透率的影响。 展开更多
关键词 解吸 瓦斯抽放 渗流应力耦合 改进Seidle模型
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基于煤粒瓦斯解吸实验的温度变化量预测模型研究 被引量:2
12
作者 杨涛 聂百胜 叶秋生 《矿业安全与环保》 北大核心 2019年第3期23-26,47,共5页
通过实验室煤粒瓦斯解吸测试,研究了同一种煤样在3种不同粒径条件下的煤粒瓦斯解吸规律。在对实验数据分析的基础上,结合理论推导构建了基于煤粒瓦斯解吸过程温度变化量的煤体瓦斯解吸扩散数学模型并开展了相关验证,分析了该模型的适用... 通过实验室煤粒瓦斯解吸测试,研究了同一种煤样在3种不同粒径条件下的煤粒瓦斯解吸规律。在对实验数据分析的基础上,结合理论推导构建了基于煤粒瓦斯解吸过程温度变化量的煤体瓦斯解吸扩散数学模型并开展了相关验证,分析了该模型的适用性。研究结果表明,3种粒径煤样在吸附平衡压力为0.34 MPa左右时,瓦斯解吸量分别可以达到3.77、3.91、5.65 mL/g,煤样解吸速率与粒径之间呈负相关关系。煤粒瓦斯解吸过程中实测煤体温度变化曲线呈“马鞍”形。建立的描述煤粒瓦斯解吸初期阶段的数学模型可用于预测特定条件下煤体瓦斯解吸温度变化量,对于研究煤矿瓦斯运移过程及灾害预警具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 煤粒 瓦斯解吸 温度变化量 解吸模型
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基于PSO-RVM的落煤瓦斯涌出量预测
13
作者 张研 黄兰淘 +1 位作者 唐北昌 袁普龙 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第4期742-749,共8页
【目的】为提高落煤瓦斯涌出量预测精度,提出一种粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和相关向量机(relevance vector machine,RVM)相结合的落煤瓦斯涌出量预测方法。【方法】通过RVM建立解吸强度与其影响因素之间的非线... 【目的】为提高落煤瓦斯涌出量预测精度,提出一种粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)和相关向量机(relevance vector machine,RVM)相结合的落煤瓦斯涌出量预测方法。【方法】通过RVM建立解吸强度与其影响因素之间的非线性映射关系,利用粒子群优化算法对RVM核参数进行寻优,构建基于PSO-RVM的瓦斯解吸强度与时间预测模型,对瓦斯涌出量进行预测。【结果】在相同样本数据集下的实验结果表明:与GA-BP(genetic algorithm-back)神经网络模型和BP神经网络模型相比,PSO-RVM模型对瓦斯涌出量预测结果的平均相对误差和均方根误差仅为1.04%和0.01,决定系数0.995。该模型精度更优、可信度更高,为落煤瓦斯涌出量的预测提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 粒子群优化 相关向量机 瓦斯涌出量 预测模型 解吸强度
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不同粒度煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究 被引量:15
14
作者 韩恩光 刘志伟 +2 位作者 冉永进 马树俊 李志强 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期83-87,共5页
为了证实和完善极限粒度理论,制备了煤粒度毫米级至厘米级(>10 mm)的5种粒度煤样,利用H-Sorb 2600T高温高压气体吸附分析仪对不同粒度的煤样进行等温吸附-解吸实验,并采用动扩散系数模型计算了煤粒瓦斯解吸扩散系数,分析不同粒度煤... 为了证实和完善极限粒度理论,制备了煤粒度毫米级至厘米级(>10 mm)的5种粒度煤样,利用H-Sorb 2600T高温高压气体吸附分析仪对不同粒度的煤样进行等温吸附-解吸实验,并采用动扩散系数模型计算了煤粒瓦斯解吸扩散系数,分析不同粒度煤的扩散系数变化特征。研究结果表明:粒度毫米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大呈现逐渐减小的趋势;粒度厘米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大降幅较小;煤粒度在毫米级范围内,初始有效扩散系数D 0e和平均有效扩散系数D ae随粒度的增大快速下降;煤粒度为厘米级时,初始有效扩散系数D 0e和平均有效扩散系数D ae随粒度的增大基本保持不变;极限粒度理论正确可靠,煤的极限粒度小于10 mm。 展开更多
关键词 粒度 极限粒度 扩散系数 初始有效扩散系数 瓦斯解吸
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基于改进瓦斯解吸实验方法的初始粉煤快速解吸机理研究
15
作者 张蒙 张蕾 +3 位作者 曹雄 李保林 史学强 周爱桃 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第7期53-60,共8页
粉煤瓦斯解吸实验是研究粉煤瓦斯解吸动力学特征的常用手段之一,其结果是揭示粉煤放散瓦斯能力的重要参数。传统实验方法在煤样罐泄压后开始测量瓦斯解吸数据,存在较大误差。利用甲烷与氦气的粉煤吸附特性差异性提出了改进的粉煤瓦斯解... 粉煤瓦斯解吸实验是研究粉煤瓦斯解吸动力学特征的常用手段之一,其结果是揭示粉煤放散瓦斯能力的重要参数。传统实验方法在煤样罐泄压后开始测量瓦斯解吸数据,存在较大误差。利用甲烷与氦气的粉煤吸附特性差异性提出了改进的粉煤瓦斯解吸实验方法,并建立了初始瓦斯粉煤快速解吸模型,从而揭示了煤体粉化后瓦斯快速解吸的内在机制。研究结果表明:解吸开始的前5 s,0.075~0.150 mm JG71煤样解吸的瓦斯量是1.00~2.36 mm煤样的2.05倍,而0.075~0.150 mm JG82煤样解析的瓦斯量是1.00~2.30煤样的10.29倍;煤样粉化程度越高,吸附平衡压力越大,初始瓦斯解吸速度越大,传统实验方法得到的数据误差越大。研究结果为突出粉化煤体快速解吸瓦斯、提供瓦斯膨胀能、促进煤与瓦斯突出传播的研究提供了数据支撑,同时为完善煤与瓦斯致灾机理奠定基础。 展开更多
关键词 粉煤瓦斯解吸 改进实验方法 吸附性差异 初始瓦斯解吸模型 煤与瓦斯突出
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低温环境瓦斯扩散试验及不同模型契合度分析 被引量:2
16
作者 马兴莹 王兆丰 +2 位作者 尉瑞 周晓庆 李乾荣 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期123-130,共8页
为了有效治理煤与瓦斯突出灾害,基于瓦斯扩散系数在煤层瓦斯含量测定中的重要性,采用自主研发的含瓦斯煤冷冻响应装置,测定温度为0、-10、-20、-30℃,吸附平衡压力为0.5、1.0、1.5 MPa下的瓦斯解吸扩散量,并对比经典扩散模型和2种动扩... 为了有效治理煤与瓦斯突出灾害,基于瓦斯扩散系数在煤层瓦斯含量测定中的重要性,采用自主研发的含瓦斯煤冷冻响应装置,测定温度为0、-10、-20、-30℃,吸附平衡压力为0.5、1.0、1.5 MPa下的瓦斯解吸扩散量,并对比经典扩散模型和2种动扩散模型与试验数据的契合度。研究结果表明:低温影响煤体表面自由能升高,瓦斯分子热运动能力降低,表现出低温抑制煤中瓦斯解吸扩散;3种扩散模型模拟数据与试验数据对比,2种动扩散模型优于经典扩散模型,且2种动扩散模型中指数函数模型更优于幂函数模型;瓦斯扩散系数受温度影响均经历急速下降和缓慢下降2个阶段。 展开更多
关键词 低温环境 瓦斯解吸扩散 扩散模型 契合度 扩散系数
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煤层井下低温取心过程瓦斯损失量推算模拟试验
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作者 王龙 邓志亮 +3 位作者 王兆丰 刘军 胡龙生 王新丰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期174-185,共12页
低温取心技术既能在煤层中定点取样,又可有效减少取样过程的瓦斯逸散,在井下煤层瓦斯含量精准测定中应用前景广阔。为了准确推算低温取心过程的煤心瓦斯损失量,依托含瓦斯煤低温取心吸附解吸模拟平台,在不同管壁外热、不同平衡压力(1~4 ... 低温取心技术既能在煤层中定点取样,又可有效减少取样过程的瓦斯逸散,在井下煤层瓦斯含量精准测定中应用前景广阔。为了准确推算低温取心过程的煤心瓦斯损失量,依托含瓦斯煤低温取心吸附解吸模拟平台,在不同管壁外热、不同平衡压力(1~4 MPa)条件下开展了低温取心型煤瓦斯解吸模拟试验,研究了低温环境下的瓦斯解吸特征;并基于图解法,采用3种不同扩散模型对低温取心的解吸曲线进行拟合分析,评价了3种损失量推算模型的优劣。结果表明:常规取心过程产生的摩擦热会大大增加煤心瓦斯损失量;瓦斯解吸量随取心管壁温度上升逐渐增大,当管壁外热分别为60、70、80、90℃时,30 min内解吸量分别为6.587、7.082、7.460和7.981 cm^(3)/g,较之恒温30℃解吸量的增幅分别达到13.71%、22.25%、28.78%和37.77%。低温取心时,煤心解吸出现倒吸回流现象,这是降温导致煤样罐内压力小于大气压造成的。经不含瓦斯煤倒吸对比试验校正,低温取心时的真实解吸量随着管壁外热降低逐渐减小,管壁外热分别为60、70、80、90℃时,30 min内低温取心解吸量分别为3.578、3.842、4.215和4.76 cm^(3)/g,较之常规取心的解吸抑制率在40%~46%间。低温环境下,瓦斯解吸量随吸附平衡压力升高逐渐增大,但增长幅度逐渐减小;低温取心时的扩散系数较之常规取心减少得多,且随着降温呈现线性降低。采用Logistic增长模型对低温取心解吸曲线的拟合精度明显优于√t模型和指数模型,损失量推算误差小于0.5%,能够满足低温取心时瓦斯损失量推算的需要。 展开更多
关键词 低温取心 瓦斯损失量 管壁外热 瓦斯解吸 扩散系数 LOGISTIC增长模型
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常用经验模型预测煤屑瓦斯解吸量对比分析 被引量:5
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作者 张宪尚 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期20-25,共6页
为研究常用瓦斯解吸经验模型对解吸量预测准确性,基于容量法试验测定长时间的煤屑瓦斯累计解吸量,通过截取不同时段的瓦斯解吸量数据回归拟合得到常用解吸经验模型参数,并将其代入模型中计算出瓦斯解吸量与试验测定量进行对比。研究结... 为研究常用瓦斯解吸经验模型对解吸量预测准确性,基于容量法试验测定长时间的煤屑瓦斯累计解吸量,通过截取不同时段的瓦斯解吸量数据回归拟合得到常用解吸经验模型参数,并将其代入模型中计算出瓦斯解吸量与试验测定量进行对比。研究结果表明:各常用经验模型公式对不同时间段数据拟合都表现出较好的效果;巴雷尔式不适合用于煤屑的瓦斯解吸预测;指数型经验模型公式计算得到曲线受制于拟合数据时间段长短,在拟合时间段后很快趋于平直而低估累计瓦斯解吸量;乌斯季诺夫式适合用于短时间煤屑瓦斯解吸数据推算长期瓦斯解吸量;重庆-文特式适合用于预测短期瓦斯解吸量,而利用较长时间段瓦斯解吸量数据推算煤屑瓦斯解吸量宜采用艾黎式。该研究成果对于煤的瓦斯涌出及煤层气产能预测有着重要实际意义。 展开更多
关键词 经验模型 瓦斯解吸 解吸量预测 解吸时间
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煤粒瓦斯放散数学模型及数值解算 被引量:44
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作者 秦跃平 王翠霞 +1 位作者 王健 杨小彬 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1466-1471,共6页
为了研究煤粒瓦斯的解吸和放散规律,设计了煤粒瓦斯解吸实验,得到不同粒径煤样在不同初始压力条件下累积解吸量随时间变化的实测曲线。根据达西定律,建立煤粒瓦斯放散的数学模型,运用有限差分法对数学模型进行处理,利用Visual Basic语... 为了研究煤粒瓦斯的解吸和放散规律,设计了煤粒瓦斯解吸实验,得到不同粒径煤样在不同初始压力条件下累积解吸量随时间变化的实测曲线。根据达西定律,建立煤粒瓦斯放散的数学模型,运用有限差分法对数学模型进行处理,利用Visual Basic语言编制计算机程序对数学模型进行解算,得出煤粒内部瓦斯压力变化规律和煤粒内不同压力下的累积解吸量。通过对比模拟结果和实验结果,得出瓦斯从煤粒中放散出来符合达西定律。 展开更多
关键词 煤粒 瓦斯 解吸 放散 数学模型 数值解算
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煤层气解吸滞后定量分析模型 被引量:10
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作者 亓宪寅 杨典森 陈卫忠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期475-481,共7页
针对煤解吸滞后过程解、吸附量和速度变化特征,提出了煤层气解吸滞后定量分析模型。根据煤解吸滞后现象分析,结合"墨水瓶"理论,通过引入滞后因子α,提出了煤吸附-解吸模型,揭示了煤吸附-解吸过程质量变化的解吸滞后机理;通过... 针对煤解吸滞后过程解、吸附量和速度变化特征,提出了煤层气解吸滞后定量分析模型。根据煤解吸滞后现象分析,结合"墨水瓶"理论,通过引入滞后因子α,提出了煤吸附-解吸模型,揭示了煤吸附-解吸过程质量变化的解吸滞后机理;通过比较解、吸附过程速度,提出了考虑煤基质吸附-解吸过程孔隙率变化的扩散方程,该方程中扩散系数直接可以反映吸附-解吸过程时间异步问题。基于Comsol计算平台,实现了煤层气解吸滞后定量分析模型的数值求解。数值模拟结果显示不同煤阶煤样的等温吸附实验数据验证了α值的合理性,拟合数据表明随煤阶提高,α值越大,解吸滞后程度越大;吸附-解吸过程中扩散系数的变化趋势相反,吸附过程中扩散系数随时间减小,吸附速率随时间减小,解吸过程中,其值随时间增大,解吸速率随时间增大,通过扩散系数得到的解、吸附速率变化趋势与实验室结果一致,证明了此参数的合理性,进而可用来分析解吸滞后现象在时间上的变化趋势。 展开更多
关键词 解吸滞后 扩散模型 滞后因子 扩散系数
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