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表面活性剂降低瓦斯涌出的实验研究
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摘要
基于我国煤矿瓦斯事故频发、威胁巨大、影响严重的严峻形势,阐述了课题研究的重要意义,对我国当前瓦斯治理技术现状和表面活性剂在瓦斯防治方面的应用现状做了全面介绍,确定了实验研究的思路、内容和方法,制定了“理论分析—设备研制—实验测定—比较对照—归纳总结”的研究方案。
     论文从煤的孔隙结构和煤层瓦斯赋存规律研究入手,在总结前人研究成果的基础上,重点研究了颗粒煤瓦斯涌出规律,明确提出瓦斯从煤屑中的涌出是一个气体在多孔介质中的扩散过程,煤屑颗粒的扩散规律遵守指数分布的形式。
     在系统研究表面活性剂性质、特点及结构性能的基础上,对表面活性剂溶液封堵瓦斯的机理进行了深入研究,第一次系统论述了毛细驱动力和分子吸引力对溶液润湿煤体,从而有效封堵瓦斯、降低瓦斯涌出量的重要作用,研究了活性剂溶液对提高瓦斯吸附能力及温度对降低瓦斯解吸能力的影响。根据实验测定结果,计算了毛细驱动力的变化,指出添加了自配的表面活性剂溶液,毛细驱动力平均提高2.65倍,最大提高4.03倍。
     根据表面活性剂的性能和选用原则,筛选出6种适宜的表面活性剂,并做了58种复配组合。按照实验方案,测定了表面活性剂单体溶液和复配溶液的表面张力、接触角和临界胶束浓度等性能参数,通过对测定结果的分析研究,最终确定了最佳药剂和最佳浓度。
     封堵瓦斯实验研究部分,根据实验内容和目的要求,制定了周密详实的实验方案,自行设计制作了瓦斯解吸测试系统,对5个高瓦斯矿井的原煤样、水浸湿煤样、表面活性剂溶液作用煤样,在3种压力作用条件下,分别进行了瓦斯解吸强度的测定,考察了活性剂溶液封堵瓦斯的效果。通过比较对照和分析计算,与原煤样比较,瓦斯解吸量递减幅度平均达到64.72%,与纯水作用的煤样比较,瓦斯解吸量递减幅度平均为14.7%。由此得出了本实验研究的结论:适宜的表面活性剂溶液能够改善煤颗粒的表面性能,提高溶液对瓦斯的封堵能力,降低瓦斯涌出强度,为煤矿瓦斯治理提供了崭新的研究思路和技术途径。
Due to the serious situation of frequent coal mine accidents which resulted in a huge threat and a severe impact, this dissertation explained the significance of the research, did a comprehensive analysis on current situation of gas control technologies and surfactant application in the prevention and treatment of gas, determined the ideas, contents and methods of the experimental studies, developed a "theory - equipment development - experimental determination– contrast and comparison- summarization" research program.
     In view of the achievements of previous studies, this dissertation starts with the study of the gap structures of coal and coal seam gas hosting law, focuses on the study of gas emission rules of particles of coal, clearly proposes that the emission of gas from the coal dust is a process of gas diffusion in porous media and the diffusion of coal particles follows the exponential distribution. Based on the systematic study of the property,features and structural performance of surfactant, the dissertation has done a deep research on the mechanism of surfactant solution blocking gas. For the first time it discussed that capillary driving forces and molecular attractive forces are significant during the process of wetting coal by solution so as to sealing gas, reducing gas emission. It also studied surfactant solution’s effects on the improvement of the capacity of gas adsorption and temperature’s effect on decreasing gas desorption. According to the experimental measurements, the changes in the capillary driving force were calculated. It was pointed that capillary driving force increased an average of 2.65 times, even 4.03 times at the maximum, after adding surfactant solutions .
     According to the performance of surfactants and selection principles, 6 suitable surfactants were selected and 58 kinds of compound combinations were made. In accordance with the experimental program, I determined surface tentions, contact angles and critical micellar concentration of surfactant monomer solution and compound combinations solution. After the analysis of the results of the study, the optimum reagent and its concentration were determined. In the experimental study of gas sealing part, on the basis of the experimental contents, purpose and requirements, a detailed experimental program was made. I designed the testing system of gas desorption. In terms of raw coal samples, water soaked coal samples, and surfactant-treated samples selected from 5 differdent high gas mines, we respectively determined the intensity of gas desorption in three different pressure conditions. The effects that the surfactant solutions have in blocking gas were investigated. Through comparison, analysis and calculation, gas desorption rate decreased an average of 64.72% when compared with raw coal samples, however, gas desorption rate decreased an average of 14.7% when compared with water-treated coal samples. Thus the conclusion was made that appropriate surfactant solution can improve the surface properties of coal particles, improve the solution’s ability of sealing gas, reducing gas emission intensity, which opens up new ideas and technical approaches for coal mine gas control.
引文
[1]中国煤炭工业协会.煤炭工业科技“十五”与2015年的发展意见.北京:中国煤炭工业协会,2000
    [2]李毅中.以防突为重点全面抓好瓦斯治理与利用工作[R].全国煤矿瓦斯治理和利用工作现场会,北京,2006.06
    [3]肖和平.我国煤矿的主要地质灾害及防治对策[J] .北京:中国地质灾害与防治学报,2001,12(1) : 51~54
    [4]王振东.煤矿瓦斯事故的统计分析及防治对策[J].郑州:中州煤炭,2009,158(2):87
    [5]安全监管总局统计司.黑龙江省龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿发生爆炸事故. http ://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_5034/2009/1121/78532/content_78532.htm,2009-11-12
    [6]李文俊.全国煤矿安全生产状况分析及发展对策[J].北京:中国煤炭,2001,27(6):53~55
    [7]范维唐.我国安全生产形势、差距和对策[M].北京:煤炭工业出版社,2003.6:97~101
    [8]罗海珠.中国煤扩瓦斯事故趋势及对策[D].重庆:中国职业安全健康协会首届年会暨职业安全健康论坛论文集,2004,(1):34~41
    [9]刘玉洲.2003年1月-2005年6月煤矿瓦斯死亡事故的统计分析[J] .焦作:河南理工大学学报,2005,24(4):259~263
    [10]《煤矿瓦斯治理与利用总体方案》编写小组.煤矿瓦斯治理与利用总体方案[M].北京:煤炭工业出版社,2005.8
    [11]周英峰. 2009年前10个月全国煤矿瓦斯事故死亡551人. http ://china.huanqiu.com/roll/2009-12/650250.html,2009-12-03
    [12] Flores R M.Coalbed methaIle:from hazard to resource[J] .Int.J.Coal Ge01.,1998,35:3~26
    [13]程建军.煤矿瓦斯排放现状及应用[J].北京:煤矿开采,2007.2,12(1)
    [14]郭相平.新型煤层气储运技术及其应用[J] .长沙:矿业研究与开发,2005,25(1):53~55
    [15]孙可明.低渗透煤层气开采与注气增产流固耦合理论及其应用[D].阜新:辽宁工程技术大学,2003:1
    [16]卢平,沈兆武,朱贵旺,等.岩样应力应变全过程中的渗透性表征与试验研究[J],中国科学技术大学学报,2002,32(6):678~684
    [17]申宝宏等.我国煤矿瓦斯治理的技术对策[J].北京:煤炭学报,2007.7,32(7):1
    [18]李学来等.瓦斯灾害治理新技术[A].重庆:中国职业安全健康协会首届年会论文集,2004.7
    [19]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.09:160~163
    [20]朱广辉等.浅谈瓦斯防治与瓦斯抽放技术[J].煤,2009.1,18(1)
    [21]吴吟.全面推进煤矿瓦斯防治工作再上新台阶[J].北京:中国煤层气,2008.1,5(1):3~4
    [22]吴吟.加强煤层气抽采利用推进瓦斯防治与开发利用工作再上新台阶[J].北京:中国煤层气,2007.4,4(2):3~7
    [23]铁煤非煤网.国家煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划. http ://fm.tfcoal.com/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=202,2006-7-17
    [24]晋城煤业集团寺河矿.一通三防治理技瓦斯[J].劳动保护,2004 (3)
    [25]国家发展和改革委员会国家,安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿瓦斯治理经验五十条[EB/OL].http://law.baidu.com/pages/chinalawinfo/5/74/2b6c310e0e75f8956d4e1262d9082f9a_0.html,2005.3.22
    [26]王君.通风可靠抽采达标监控有效管理到位把煤矿瓦斯治理攻坚战扎实有效地推向深入[EB/OL].http:Ilwww.mkaq.otg,hengwu/lingtao/200809/2hengwu·767.html,2008.09.21
    [27] Stich.K.CFK-Montansysteme.BRD-Koelen,1991
    [28]吴强.表面活性剂Tween-40对瓦斯水合物生成热力学条件改变作用研究[J].抚顺:煤矿安全,2006.3,376
    [29]吴优.表面活性剂对天然气水合物的作用[J].新疆:新疆石油地质,2006.04,27(2):213~215
    [30]李金平.表面活性对气体水合物生成过程的影响[J].北京:中国科学技术大学学报,2006.4,36(4):364~369
    [31]韩晓辉.表面活性剂加速天然气水合物生成实验研[J].成都:天然气工业,2002.9,22(5)90~93
    [32]李金平.HCFC141b气体水合物快速生成实验研究[N] .哈尔滨:哈尔滨工业大学学报,2006,38(3):472~475
    [33] ZHOU Ming-Xiu,YANG Chun,DENG Xiao-Yan,YU Wei-Fei,LI Jin-Shan.Theoretical Studies on the Si(001)—Si02 Interface Structure[J].福州:结构化学,2006,25(6):647~652
    [34] Malcolm A.Kelland,Thor M.Svartaas et al.A New Class of Kinetic Hydrate Inhibitor. Annals New York Academy of Sciences:281~293
    [35]孙志高.表面活性剂对甲烷水合物储气特性影响的实验研究[J] .西安:西安交通大学学报,2003,37(7):723~725
    [36]章春笋.不同类型表面活性剂对大然气水合物形成过程的影响[J].成都:天然气工业,23(1):91~95
    [37] Murata K, Kaneko K.Nano-range interfacial layer upon high-pressure adsorption of supercritical gases.Chemical Physics Letters,2000,321:342~348
    [38]孙建华.非离子型吐温系列表面活性剂对瓦斯水合物生成过程的影响[J].北京:煤炭学报,2006,31(2):191~195
    [39]李云东.粉煤灰治理污染土壤的染料废水之效果初报[J].北京:中国农学通报,22(4):400~402
    [40] WANG Shengjie,SHEN Jiandong,HAO Miaoli and LIU Furong.STUDY FOR NATURAL GAS HYDRATE CONVERSED FROM ICE[J].化工学报,2004,54(增刊):23~8
    [41] Miyawaki J, Kaneko K.Pore width dependence of the temperature change of the confined methane density in slit-shaped micropores.Chemical Physics Letters,2001,337:243~247
    [42] Z.Huo,E.Freer, M.Lamar,B.Sannigrahi,D.M.Knauss,E.D.sloan Jr.Hydrate plug prevention by anti-agglomeration.Chemical Engineering Science,56(2001) 4979~4991
    [43]许维秀.甲烷水合物热稳定性的研究[J].北京:石油天然气学报,2006,28(3):141~142
    [44]孙志高.甲烷水合物形成促进技术实验研究[J].北京:工程热物理学报,2005,26(2):205~207
    [45] J·拉尔斯通.界面化学在气泡—颗粒俘获中的重要作用[J].北京:国外金属矿选矿,2004,41(5):17~22
    [46]陆斌.煤层气水合物合成与分解实验研究[J].太原:科技情报开发与经济,2006,16(17):182~184
    [47]赵建忠.喷雾法合成气体水合物的实验研究[J].阜新:辽宁工程技术大学学报,2006,25(2):286~289
    [48] Claire J, Williams P T. Shear strenglhs of a gallium alloy bond-ed to human enamel following nine different surface treatments[J].Dental Materials,2001,17:116
    [49] Hahelitz S, Carl G, Russel C.Microstructure and me-chanical properties of extruded mica glass-ceramics [ J].Materials Science and Engineering:A,2001,307:1~14
    [50]赵建忠.水合物生成影响因素与实验研究[J].阜新:辽宁工程技术大学学报,2006,25(3):465~467
    [51]吴强.瓦斯水合物生成控制因素探讨[J].北京:煤炭学报,2005,30(3):283~287
    [52]吴强.瓦斯水合物在煤-活性剂溶液体系中的生成[J].哈尔滨:黑龙江科技学院学报,2006,16(1):1~4
    [53]江传力.在井下温度合成瓦斯水合物的实验[N].哈尔滨:黑龙江科技学院学报,2004,14(4):203~205
    [54]秦宪礼.十二基硫酸钠对甲烷水合物生成过程影响研究[J].北京:化学通报,2006,(7):519~523
    [55]郭勇义.煤矿重大灾害防治战略研究与进展[A] .周世宁.瓦斯在煤层中流动的机理.徐州:中国矿业大学出版社,2003.12:24~25
    [56]周世宁.煤与瓦斯突出的防治[M] .北京:煤炭工业出版社,1979
    [57]许天易.煤的孔隙结构[J] .淮南:矿业科学技术,1998,(1)
    [58]张代钧.煤结构与煤孔隙性、弹性、强度和吸附特征关系的研究[J] .重庆:重庆大学,1990
    [59] Liweilian.Determination of Lateral Extension of Hydrocarbon Concentration Sealing Caprocks by AVO[J] .石油科学(英文版)(PETROLEUM SCIENCE),2007,4(4)
    [60]俞启香.矿井瓦斯防治[M] .徐州:中国矿业大学出版社,1992.2:16
    [61]郭勇义.煤矿重大灾害防治战略研究与进展[A] .张仁贵.煤层瓦斯压力测定技术新进展.徐州:中国矿业大学出版社,2003.12:244~247
    [62] Jerrald L.Saulsberry. A GUIDE TO COALBED METHANE RESERVOIR ENGINEERING [M].GRI,1996
    [63]刘程.煤巷机械化快速掘进瓦斯涌出规律分析[J].重庆:矿业安全与环保,2006.4,33(2):26~28
    [64]谢生荣.综采工作面的瓦斯涌出规律及涌出量的预测[J].太原:太原理工大学学报,2005.9,36(5):553~556
    [65]王晓亮.煤层瓦斯流动理论模拟研究[D] .太原:太原理工大学,2003:4
    [66]孙培德,鲜学福.煤层瓦斯渗流力学的研究进展[J] .焦作:焦作工学院学报(自然科学版),2001,20(3):161~167
    [67]ΚPИЧеВCKИЧP. M. OЛPИPOдеВΗeyanHbIX BbIдeneHИЙИBbIБPOCOByrΛЯИraya [J],БrOΛΛeTeHb MakHИИ,1948 (18)
    [68]ЧБaPuHOBa- KOЧИHaЛ.Я. OHeyC TaHOBЧBЧIeЙCЯХuΛbTPaЧИuГaya ByrOΛbHOMЛΛacTe [J],ЛPuKΛ. MaT.ИMex.,1953 (6)
    [69]郭勇义.煤矿重大灾害防治战略研究与进展[A] .周世宁.煤层瓦斯流动理论及其应用.徐州:中国矿业大学出版社,2003.12:11~23
    [70]魏晓林.煤层瓦斯流动规律的实验和数值方法的研究[J] .广东:粤煤科技,1981,(2):35~41
    [71]李英俊.煤层瓦斯压力分布的研究[J] .抚顺:煤矿安全,1980 (5):32~36
    [72] C. Yu and X. Xian . Analysis of gas seepage flow in coal beds with finite element method [A] .Symposium of 7th international conference of FEM in flow problems,Huntsvill,USA,1989
    [73] C. Yu and X. Xian.A boundary element method for inhomogeneous medium problems [A] .Proceedings: 2nd world congs.On computational mechanics,Stuttgart,FRG,1990
    [74]戴国权.第二十二届国际采矿安全会议论文集,北京:煤炭工业出版社,1987
    [75]国外煤矿瓦斯突出预测及发展趋势[C] .煤和瓦斯突出国外资料汇编,第1集.重庆:科学技术文献出版社重庆分社,1978
    [76]王佑安,杨其銮.煤和瓦斯突出危险性预测[C] .煤与瓦斯突出预测资料汇编.北京:煤炭工业部煤科总院重庆研究所编,1987.6
    [77] H.janac等.用Kt值预测突出危险[J] .Gluckauf-Forschungshung-shefte,1977.38,No.4,131~138
    [78]高家锐.动量、势量、质量、传输原理[M] .重庆:重庆大学出版社,1987.12
    [79] A.T.区鲁尼.煤矿瓦斯动力现象的预测和预防[M] .北京:煤炭工业出版社,1992.9
    [80]杨其銮.王佑安煤屑瓦斯扩散理论及其应用[J] .北京:煤炭学报,1986.9
    [81] Bortard,Bruyet.Determination de la concentrtion du grisoudesorbable du charbon[J] .publicutions technigues de cerchar 1967.No.1778
    [82]煤科总院重庆分院.煤与瓦斯突出预测[M] .抚顺:煤矿安全,1990.3
    [83]“七.五”国家公关项目,北票综合防突措施研究.煤科总院抚顺分院,北票矿务局,1990.7
    [84]程五一.矿井瓦斯灾害控制理论及其技术的验研究[D] .沈阳:东北大学博士论文,1998.12
    [85] Drew Myers著,吴大诚等译.表面、界面和胶体——原理及应用[A] .北京:化学工业出版社,2005.1,19
    [86]赵世民.表面活性剂——原理、合成、测定及应用[A].北京:中国石化出版社,2005.9.19.120~157
    [87]沈钟等.胶体与表面化学[A].北京:化学工业出版社,1997.9,366~382
    [88]任俊.表面活性剂的性质及在界面分选中的应用[D].北京:北京科技大学,1997
    [89] INFO Mappe Grundlehrgang zhr Ausbildung zum taubseiger.DMT-Institut.Dortmund,1990
    [90]陶著.煤化学[M] .北京:冶金工业出版社用,1984,95~97
    [91]村田逞诠.煤的润湿研究及应用[M] .朱春笙,龚祯祥译.北京:煤炭工业出版社,1992
    [92]陈金玉.初探表面活性剂水溶液预防煤与瓦斯突出[J] .煤炭工程师,1992(1):8~11
    [93]傅贵,秦凤华,阎保金.我国部分矿区煤的水润湿性研究[J] .阜新矿业学院学报(自然科学版),1997,16(6):666~669
    [94]张超英.表面活性剂润湿煤层效果的研究[J] .劳动保护科学技术,1994,14(1):47~53
    [95]吴超等.Na2SO4改善阴离子表面活性剂湿润煤尘性能的研究[J] .安全与环境学报,2001,1(2):45~49
    [96]涂代惠等.多功能降尘剂[J] .煤,1996,5(6):40~43
    [97]徐燕莉.表面活性剂的功能[M] .北京:化学工业出版社,2000
    [98]赵国玺.表面活性剂物理化学[M] .北京:中国建筑工业出版社,1984
    [99]张晓宇.表面活性剂煤样保湿性的研究[D].北京:地质大学.安全工程.2006,2~5
    [100] O.N切乐诺夫,E.C罗赞采夫【苏】.瓦斯突出危险煤层井田准备[M] .北京:煤炭工业出版社,1980
    [101]朱步瑶,赵振国.界面化学基础[M] .北京:化学工业出版社,2004,310~312
    [102]张代钧.煤结构与煤孔隙性、弹性、强度和吸附特征关系的研究[J] .重庆:重庆大学,1990
    [103]邓志刚.潞安矿区高强度开采煤体渗透率及瓦斯运移规律研究.[学位论文] .北京:煤炭科学研究总院.采矿工程.2007,8~13
    [104]程五一,裴晶晶,朱锴.表面活性剂降低颗粒煤瓦斯涌出量初步实验研究[J] .华北科技学院学报,2007,10(4)
    [105]朱锴,张标.表面活性剂降低瓦斯涌出强度的性能指标研究[J] .燕郊:华北科技学院学报,2010,25(1)
    [106]蒋庆哲等.表面活性剂科学与应用[M] .北京:中国石化出版社,2006,196
    [107]杜巧云,葛虹.表面活性剂基础及应用[M] .北京:中国石化出版社,1996,35~36
    [108]刘程等.表面活性剂应用手册[M] .北京:化学工业出版社,2004,90
    [109] Dong Anton.A dvanced M aterials,1998,10 (5):1197~1205
    [110] David W , Guy Russel J , Craw ford, et al.The wetting behavior of several organic liquids in water on coal surfaces Fuel,1996,75 (2) :238
    [111]村田逞诠著.朱春笙等译.煤的润湿性研究及其应用[M] .煤炭工业出版社,1992

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