基于工业分析的煤样粒径对瓦斯含量测定影响_郭梁辉.pdf

第52 卷第2 期 当 代 化 工 Vol.52，No.2 2023年2月 Contemporary Chemical Industry February，2023 基金项目基金项目：新疆维吾尔自治区教育厅自然科学青年项目（项目编号：XJEDU2018Y053）；国家自然科学基金地区基金（项目编号：52064046）。收稿日期收稿日期：2022-11-10 作者简介作者简介：郭梁辉（1986-），男，黑龙江省克山县人，讲师，硕士，2013 年毕业于辽宁工程技术大学安全技术及工程专业，研究方向：灾害防治技术。E-mail：。基于工业分析的煤样粒径对瓦斯含量测定影响 郭梁辉1,2,3，陈志峰1,2，马云1,2（1.新疆工程学院 安全科学与工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆工程学院 智慧应急重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830000；3.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）摘 要：为研究基于工业分析的煤样粒径对瓦斯含量测定影响，采取艾维尔沟煤矿的煤，筛分制成 0.2 mm以下粒径的 6 种不同粒径范围的煤样，进行工业分析，测得不同粒径煤样的水分、灰分和挥发分数据。分析结果表明，随着煤样粒径的减小，水分和挥发分占比减小，灰分占比增大。分析其原因，随煤样粒径的减小，其比表面积增大了，煤样中水分的蒸发和挥发分的挥发程度加剧。提出一个合适的粒径取值范围，在 0.120.2 mm粒径范围取样可获得较为准确数据。依据间接法测定煤的瓦斯含量，取不同粒径煤样的水分和挥发分数据对艾维尔沟煤矿的煤进行瓦斯含量计算，得出 2#煤样瓦斯含量最高，9#煤样瓦斯含量最低。按照查明煤炭资源量 12 482 万 t 进行计算，2#煤样和 9#煤样的瓦斯含量相差 5.94%，总瓦斯含量相差 36.17 万 m3，表明煤样粒径对间接测定瓦斯含量影响较大。关 键 词：工业分析；煤样；粒径；瓦斯含量；间接法 中图分类号：TQ014 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2023）02-0492-05 Influence of Coal Particle Size on Gas Content Determination Based on Industrial Analysis GUO Liang-hui1,2,3,CHEN Zhi-feng1,MA Yun1,2（1.College of Safety Science and Engineering,Xinjiang Institute of Engineering,Urumchi Xinjiang 830000,China;2.Key Laboratory of Intelligent Emergency Response,Xinjiang Institute of Engineering,Urumchi Xinjiang 830000,China;3.School of Resources and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang Liaoning 110819,China）Abstract:To study the effect of particle size of coal samples on gas content determination based on industrial analysis,the coal of Aiweiergou Coal Mine was screened and made into six coal samples with different particle sizes below 0.2 mm.The industrial analysis was carried out to measure the moisture,ash and volatile data of coal samples with different particle sizes.The analysis results showed that with the decrease in coal particle size,the proportion of moisture and volatile decreased,and the proportion of ash increased.The reason was that with the decrease of coal particle size,the specific surface area increased,and the evaporation of water and the volatilization of volatile matter in coal samples increased.A suitable particle size range was deduced,and more accurate data could be obtained by sampling in the particle size range of 0.12 0.2 mm.According to the indirect method to determine the gas content of coal,the moisture and volatile data of coal samples with different particle sizes were used to calculate the gas content of coal in the Aiweiergou Coal Mine.It was concluded that the gas content of the 2#coal sample was the highest and that of the 9#coal sample was the lowest.According to the identified coal resources of 124.82 Mt,the gas content difference between the 2#coal sample and 9#coal sample was 5.94%,and the total gas content difference was 361 700 m3,indicating that the particle size of the coal sample had a great influence on the indirect determination of gas content.Key words:Industrial analysis;Coal samples;Particle size;Gas content;Indirect method 煤层瓦斯含量是预测矿井瓦斯涌出量、煤矿瓦斯危险程度评价以及煤层气资源勘探开发的重要依据之一1-3。杨其銮4针对煤样粒径对煤粒瓦斯解吸扩散规律的影响进行了实验研究，表明煤粒存在极限粒径，瓦斯放散初速度随粒径的增大而减小，煤粒达到极限粒径后，瓦斯放散初速度保持不变。周世宁5认为煤粒的极限粒径随煤质而变化，大体在 0.510 mm 之间。聂百胜等6使用平均粒径 0.2141.42 mm 的煤样研究煤瓦斯解吸扩散规律，研究表明煤样粒径愈大初始有效扩散系数愈大，动分析测试 DOI:10.13840/21-1457/tq.2023.02.030 第 52 卷第 2 期 郭梁辉，等：基于工业分析的煤样粒径对瓦斯含量测定影响 493 力学扩散参数反而越小，相同解吸时间内的甲烷解吸率越小。贾彦楠7等使用 0.23 mm 煤样进行试验，研究结果验证了极限粒径理论的正确性。秦跃平8等、刘彦伟9等、陈向军10等研究了 6 mm 以内的煤样粒径瓦斯解吸扩散规律。在矿井瓦斯治理中，煤层瓦斯含量是预测瓦斯突出危险性的重要参数之一11。测定煤层瓦斯含量的方法大体可以分为间接法和直接法12两类。间接法是依据现场实测煤层原始瓦斯压力和实验室测定的煤吸附常数值及工业分析结果，运用朗格缪尔方程计算瓦斯含量13。本文研究了艾维尔沟煤矿不同粒径煤的工业分析参数对瓦斯含量测定的影响，对指导艾维尔沟煤矿开展瓦斯含量测定、瓦斯防突预测、瓦斯抽采设备选型等工作具有一定指导意义，对于其他煤矿的瓦斯防治工作也有一定借鉴意义。1 实验准备 1.1 实验平台搭建 利用 1 台 SDTGA5000a 工业分析仪、1 台电脑、1 瓶氮气、1 台空气泵和 1 台排气泵搭建起工业分析实验平台，如图 1 所示。准备其他的实验设备及工具，包括三德的干燥箱、破碎机、振动机、筛子、坩埚、镊子等。图 1 工业分析实验平台 Fig.1 Industrial analysis experimental platform 1.2 煤样的采集 实验用的煤是从新疆焦煤集团艾维尔沟矿区1890 煤矿选取，该煤矿主要以焦煤、肥煤、气肥煤和气煤为主，井田内的各煤层以特低硫、低中灰分、中高挥发分、高热值-特高热值、特低-中磷煤为主，经过降灰、脱磷处理后，主要作为炼焦配煤使用。井田内各煤层由东南向西北方向，由煤层浅部向深部，煤的变质程度逐渐增大，不同煤阶煤的分布规律十分明显。焦煤零星分布于井田西北边界 7 线一带的 5、6、7、9、10 号煤层深部；肥煤是井田内分布面积最广煤类，集中分布在井田中部-西北部的各煤层中；气肥煤分布面积仅次于肥煤，主要分布在井田中部-东南部的各可采煤层中；气煤零星分布于井田东南部 2 线-加 1 线一带的 5、6、10 号煤层的浅部。采集 9 号煤层中的煤作为实验用煤。1.3 煤样的制备 将煤块利用破碎机进行破碎，把破碎后的煤放入筛子，然后把筛子固定在振动机上进行振动筛分。筛 分 的 煤 样 粒 径 范 围 有 0.125 0.200 mm、0.105 0.125 mm、0.097 0.105 mm、0.0880.097 mm、0.0750.088 mm和小于0.075 mm 6 种。2 工业分析实验 2.1 实验方案 将破碎筛分好的煤样进行编号，不同粒径的煤样编号如表 1 所示。每种粒径范围的煤样做两个平行样，对工业分析结果进行平行样的对比，观察数据的重复性情况。为了便于对不同粒径范围的煤样工业分析数据进行拟合分析，将 6 种煤样粒径按平均粒径进行计算。研究不同粒径煤样在做工业分析时参数数据的差异，研究其存在的规律。表 1 不同粒径的煤样编号 Table 1 Numbering of coal samples with different particle sizes 编号 煤样粒径/mm 平均粒径/mm 1#0.1250.200 0.163 2#0.1250.200 0.163 3#0.1050.125 0.115 4#0.1050.125 0.115 5#0.0970.105 0.101 6#0.0970.105 0.101 7#0.0880.097 0.092 8#0.0880.097 0.092 9#0.0750.088 0.081 10#0.0750.088 0.081 11#0.075 0.070 12#0.075 0.070 2.2 实验过程 将所用坩埚放到干燥箱中加热到 920 进行灼烧，清理坩埚上残留的煤粉和污物，使坩埚保持清洁和干燥。将工业分析仪调试后，在系统软件中设置各项参数。按照系统软件的提示进行操作，放置坩埚，仪器自动对坩埚进行称重记录重量数据。494 当 代 化 工 2023 年 2 月 先进行了 1#和 2#煤样的水灰连测，接着测 1#和 2#煤样的挥发分，然后测 3#12#煤样的挥发分，待仪器温度降低到 800 时，开始测 3#12#煤样的灰分，待仪器温度降低到 100 时，测 3#12#煤样的 水分。3 结果与分析 3.1