覆压−注水作用下含瓦斯煤解吸特性试验研究- 工业快报

本论文创新点

（1）通过实验研究，得到覆压−注水作用对实验煤样瓦斯解吸特性的影响规律。

（2）结合实验现象和理论分析，提出了覆压-注水影响煤体瓦斯解吸的作用机理。

题目

覆压−注水作用下含瓦斯煤解吸特性试验研究

作者

肖知国^1,2,3，郝梅¹，唐志昊¹，刘永强¹

单位

1. 河南理工大学安全科学与工程学院

2. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点试验室培育基地

3. 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

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摘要

深部开采时，易形成地应力与瓦斯的耦合作用，出现地应力主导型的煤与瓦斯突出事故。为了提高矿井瓦斯灾害防治的精准性，亟需深入了解地应力作用下水分介入后对含瓦斯煤解吸特性的影响。在试验室搭建了覆压作用下注水对煤样瓦斯解吸特性影响的模拟测试装置，通过向试验煤样施加覆压，同时注入水分，研究覆压−注水作用下含瓦斯煤的解吸特性。基于该试验装置，测试了古汉山矿（GHS）煤样在覆压5、10、15MPa，水分含量0、2%、4%和6%，相同充气量条件下的瓦斯解吸数据。通过分析试验数据，得到覆压−注水作用对GHS煤样累计瓦斯解吸量、瓦斯解吸速度、初始瓦斯解吸速度影响系数和残存瓦斯含量的影响规律。研究结果表明：覆压作用使干燥煤样累计解吸量和初始瓦斯解吸速度增大，促进了瓦斯解吸；随着水分的介入，覆压大的煤样累计瓦斯解吸量和初始瓦斯解吸速度反而变小，说明水分抑制了瓦斯解吸，水分介入后覆压作用从促进瓦斯解吸过渡为抑制瓦斯解吸。理论分析认为，覆压的活塞效应促进干燥煤样的瓦斯解吸，随着水分的介入，水分在煤体裂隙和孔隙中产生了强烈的毛细管阻力，随着覆压增大，煤样被压碎压实，煤中孔隙尺寸变小，毛细管阻力变大，从而产生更强的抑制解吸作用，试验结果对于更深入认识水力化措施防治煤与瓦斯突出的机理具有一定的积极意义。

作者简介

肖知国

博士

副教授

肖知国，男，1980年2月生，河南南阳人，中共党员，博士，副教授，硕士研究生导师，国家公派访问学者，现任河南理工大学安全科学与工程学院专任老师，主要从事煤矿安全技术及工程方面的教学与科研工作。主讲《矿井通风》、《安全工程学》、《安全法规》及《系统安全评价与预测》等专业课程，参编教材河南省十四五规划教材1部。主持完成国家自然科学基金项目“深部开采条件下压力水对煤体瓦斯解吸特性影响研究及应用”1项，参与国家自然基金3项、河南省重大科技攻关项目和重点攻关项目各1项，主持完成大型企业委托项目三十余项，获省部级一等奖1项，二等奖1项，以第一申请人授权发明专利5项、实用新型1项，发表学术论文20余篇。

研究方向

煤矿瓦斯灾害预测与防治、矿井通风安全

主要成果

围绕煤层注水防治煤与瓦斯突出机理这一主线，针对抑制解吸效应研究偏少、缺乏定量化研究的问题，采用实验室试验、数值模拟和现场试验相结合的方法，研制了煤层注水抑制瓦斯解吸效应实验室模拟测试装置，提出了抑制解吸效应的研究方法与研究指标，进行了各种含水条件下的煤体瓦斯解吸特性和机理的研究。完成了国家自然基金“深部开采条件下压力水对煤体瓦斯解吸特性影响研究及应用”，通过研究，得出了抑制解吸效应与注水参数之间的响应关系，提出了煤层注水防治瓦斯的临界注水量和最优润湿时间的确定方法。

引用格式

肖知国，郝　梅，唐志昊，等. 覆压−注水作用下含瓦斯煤解吸特性试验研究[J]. 煤炭科学技术，2023，51（9）：112−120.

XIAO Zhiguo，HAO Mei，TANG Zhihao，et al. Experimental study on desorption characteristics of gas-containing coal under the action of overburden pressure and water injection[J]. Coal Science and Technology，2023，51（9）：112−120.