静电场对煤体瓦斯扩散特性影响研究

发布时间：2021-03-27 09:31

　　为探究静电场对煤体瓦斯扩散变化特性的影响,自主设计并构建瓦斯解吸-扩散试验系统,选取古汉山矿、鹤壁六矿、平顶山八矿和义马耿村矿4个矿区不同变质程度煤样,用以测定电场强度为0、40、120、240 kV/m下的解吸-扩散量,并利用经典单孔扩散模型计算各煤样在4种场强作用下的扩散系数。结果表明:静电场下,随着施加场强的增大,煤样扩散系数具有先增大后减小的变化特征,且呈抛物线状;特征优势场强为40 kV/m时各煤样扩散系数达到最大,而其他场强作用下扩散系数都有所减小;对比不同变质程度煤样电场下扩散特性,结果显示,平顶山八矿肥煤在电场下扩散系数最大,义马矿褐煤扩散系数最小。静电场下扩散特性变化原因为:煤体和瓦斯分子发生激发极化改变了煤体表面吸附势阱深度;电场能引起煤体内微小孔的体积和比表面积增加（减小）。 

【文章来源】：中国安全科学学报. 2020,30(07)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

试验系统

对比前5 min未加电场和施加场强为40、120和240 k V/m时瓦斯解吸-扩散量发现，古汉山无烟煤解吸-扩散量增量为8.8%,5.0%,-10.5%;鹤壁贫瘦煤解吸-扩散量增量为4.3%,-6.7%,-12.3%;平顶山肥煤解吸-扩散量增量为4.5%,-7.9%,-7.6%;义马褐煤解吸-扩散量增量为3.7%,-2.5%,-38%。从图2可以看出，随着场强的增大，静电场具有先促进后抑制瓦斯扩散的特性，同时验证了李成武等[9]的发现，在静电场下，随电压增大，瓦斯放散初速度也先变大后减小，并指出存在某一特征优势电压下取到最大值。因此，笔者认为，不同的场强对试验煤样瓦斯扩散量的大小具有明显影响，电场对古汉山矿高变质煤样解吸-扩散影响更大且随着场强的增大具有先增大后减小的趋势。2.2 静电场下扩散系数计算

利用电场作用对煤体改性已初见端倪，研究发现电场作用可作为能量流改变价电子的势能、动能、分布等[15-16]。煤和瓦斯气体均为电介质，在静电场中会发生极化效应，极化增加了煤与瓦斯气体分子之间的相互吸引力，使煤体物性特征会发生微观变化，具体表现为吸附势阱深度的增大或减小。其中，何学秋等[17]指出扩散系数与温度和煤表面吸附势阱深度有关。由于本文试验是在恒温条件下进行，故仅从电场对煤体势阱深度的影响来探讨对扩散的影响机制。图4 不同场强下瓦斯扩散系数增长率

【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒煤甲烷吸附过程扩散特征[J]. 林晨,贾天让,周市伟,张玉贵.  煤田地质与勘探. 2018(04)
[2]低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究[J]. 周西华,周丽君,范超军,白刚,宋东平.  中国安全科学学报. 2017(10)
[3]不同条件煤粒瓦斯瞬时扩散系数变化特征试验[J]. 史广山,白鹏飞,张玉贵.  中国安全科学学报. 2017(08)
[4]静电场作用下电介质电热效应的热力学机理[J]. 韩光泽,邢倩.  华南理工大学学报(自然科学版). 2017(06)
[5]外加物理场对煤的瓦斯解吸的研究进展及其分析[J]. 王志军,单远程,李宁.  煤矿现代化. 2017(02)
[6]直流电场作用对煤瓦斯吸附性影响试验研究[J]. 王平虎.  煤矿安全. 2016(11)
[7]煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型[J]. 李志强,刘勇,许彦鹏,宋党育.  煤炭学报. 2016(03)
[8]煤体瓦斯放散特性电场响应研究[J]. 雷东记,张玉贵,孟慧,薛群山.  安全与环境学报. 2016(01)
[9]低温环境煤的瓦斯扩散系数时变特性[J]. 岳高伟,王兆丰,康博.  中国安全科学学报. 2014(02)
[10]煤体吸附瓦斯过程表面电位特征实验研究[J]. 刘永杰,李忠辉,宋大钊,李学龙,苏飞,景林波.  煤炭学报. 2013(11)



本文编号：3103276