粘液對煤體瓦斯解吸特征影響公式的建立

許彥鵬 馬書玉

【摘? 要】論文以實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，長平煤礦煤樣為研究對象，利用Origin軟件進(jìn)行回歸分析處理，建立以文特公式為基礎(chǔ)的模型，就量化煤內(nèi)注入粘液抑制瓦斯解吸的影響這一課題展開了擬合分析，確定了影響系數(shù)。

【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.

【關(guān)鍵詞】煤內(nèi)注液;瓦斯解吸特征;模擬測試;影響系數(shù)

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

【中圖分類號】TD712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0178-02

1 引言

煤層注水抑制瓦斯解吸作為一種局部防突措施在20世紀(jì)50年代早有應(yīng)用，在后來的發(fā)展中通過往水中加入表面活性劑等溶劑，一定程度上增強了抑制瓦斯解吸的作用。但因隨著時間推移煤體內(nèi)介質(zhì)流失明顯，封堵作用有限。當(dāng)為表面活性劑溶液中加入無機鹽增稠后，水體粘性增強，將粘液注入煤體后，煤體的滲透性大大降低，起到了有效封堵煤體孔隙中瓦斯、阻礙其流動的作用。

為了探索瓦斯解吸規(guī)律，中外專家經(jīng)長期不斷大量研究后提出了各種理論，建立了多種經(jīng)驗公式，本文以文特公式Qt=■t■為基礎(chǔ)建立了描述注粘液后煤體瓦斯解吸過程的模型，通過在不同粘度粘液處理的煤樣的瓦斯解吸量或解吸速度隨時間變化的趨勢確定粘液對煤體瓦斯解吸規(guī)律的影響，得到粘液對瓦斯解吸的影響系數(shù)。

2 粘液對瓦斯解吸抑制作用理論分析

煤體的吸附平衡狀態(tài)實際上是一個動態(tài)平衡，煤體中的瓦斯在吸附、游離兩種狀態(tài)之間存在且在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。這個過程受很多因素影響，如煤體本身的粒度、水分、揮發(fā)分等性質(zhì)，還有外界的壓力、溫度等條件。

作為一種裂隙-孔隙介質(zhì)，煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)多孔，在一定的吸附平衡壓力下，當(dāng)注入煤體的粘液粘度越高，對煤體內(nèi)孔隙封堵作用越明顯，煤體滲透率降低幅度越大，瓦斯流動能力就越小。在粘液粘度相同的情況下，當(dāng)吸附平衡壓力越大，煤體孔隙中瓦斯含量越大，煤體孔隙中瓦斯的能量就越大，粘液對煤體孔隙的封堵作用就相對越小。與其他注液介質(zhì)如水、表面活性劑溶液比起來封堵作用顯著，同時流動性小不會隨時間推移造成介質(zhì)流失，封堵作用下降。而且可以同時封堵孔隙與裂隙。

3 關(guān)于文特公式計算累計瓦斯解吸量誤差與分析

下面以實驗測得的煤樣瓦斯解吸實際解吸量為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)與利用文特公式推算的不同時間段的累計瓦斯解吸量進(jìn)行了誤差對比，分析其在不同平衡壓力、不同粘度液體處理的煤樣累計瓦斯解吸量的準(zhǔn)確性與可靠程度（見表1）。

4 影響公式模型的建立

將實驗測得的瓦斯解吸量隨時間的變化關(guān)系曲線基礎(chǔ)上用Origin軟件對文特公式進(jìn)了回歸分析與誤差分析，結(jié)果表明運用文特公式描述經(jīng)粘液處理后煤體的瓦斯解吸量隨時間的變化關(guān)系十分理想。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算得出經(jīng)不同粘度粘液處理的煤樣的瓦斯解吸量的回歸系數(shù)Kt和解吸速度V1，如表2所示。

根據(jù)表2可以看出，粘液粘度對回歸系數(shù)Kt影響不大，粘液粘度對煤樣瓦斯解吸吸附抑制規(guī)律主要反映在對瓦斯解吸1min時速度V1的不同上。為方便計算，忽略粘液粘度對回歸系數(shù)Kt的影響，選取平均值。

以朗格繆爾方程為模型建立影響系數(shù)η數(shù)學(xué)模型：

以式（1）為數(shù)學(xué)模型對粘度W與影響系數(shù)η關(guān)系圖中各實驗點的進(jìn)行擬合，分別得出了煤樣在不同平衡壓力、不同粘度粘液下煤樣的瓦斯解吸影響極限值和影響常數(shù)b，如表3所示。

將不同平衡壓力下對應(yīng)的影響極限值 α和影響常數(shù)b代入式（1）可得在不同平衡壓力下粘液粘度對瓦斯解的影響系數(shù)：

隨著吸附平衡壓力P的增加，影響系數(shù)η的參數(shù)也發(fā)生了規(guī)律性變化，粘液對瓦斯解吸的影響極限值 α和影響常數(shù)b可以用平衡壓力P較好的描述。即：

所以粘度對瓦斯解吸的影響系數(shù)η可以用其中最重要的兩個影響因素即粘液粘度W與平衡壓力P來描述：

影響系數(shù)和文特公式的乘積即式（8），表示粘度對瓦斯解吸量的抑制作用：

5 結(jié)論

①以實驗實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)與利用文特公式推算的不同時間段的累計瓦斯解吸量進(jìn)行了誤差對比驗證了該公式的可靠性。

②以朗格繆爾公式為模型建立經(jīng)粘液處理后煤樣瓦斯解吸量的影響系數(shù)模型，并考慮了粘度W與吸附平衡壓力P的因素，計算得出粘度影響系數(shù)η=■。

【參考文獻(xiàn)】

【1】徐星華，楊嘉怡，楊韶昆.活性水降低工作面瓦斯涌出強度試驗研究[J].工礦自動化，2016，42（04）：41-46.

【2】郭懷廣.煤層注水防突機理及合理水分研究[D].焦作：河南理工大學(xué)，2011.

【3】王兆豐，許彥鵬，劉軍.水力擠出快速消突措施在大眾煤礦的應(yīng)用[J].河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（02）：117-121