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。
