水锁形成速度与水锁效果同主要影响因素之间的关系实验研究

Water lock has obvious hinder and delay action on desorption of coal with gas, it has feasibility and obvious effect of using water lock to prevent gas exceed limit. The formation rate and effect of water lock are closely related with the industrial composition of coal, and the temperature of environment, and the type of additive and concentration of external solution, and the size and distribution of pore of coal surface. Accordingly, from the perspective of using water lock to prevent gas exceed limit, using the combined research methods of experimental research and theoretical research, carry out the experimental study of relation between the formation rate and effect of water lock and main influence factors, to reveal the relation between the formation rate and the industrial composition of coal, and the temperature of environment, and the concentration of external solution, and the relation between the effect of water lock and the temperature of environment, and the concentration of external solution, and the size and distribution of pore of coal surface, establish the mathematical model of quantitative relationship between them, in order to provide theoretical support for prioritizing additive and defining concentration of external solution. The study has important practical significance to promote using water lock to prevent gas exceed limit, and prevent the occur of gas explosion accident, meanwhile, it has important science significance to promote the development of the technology about prevention and control of gas disasters, and promote the development of discipline of safety science and engineering.

水锁对煤体瓦斯的解吸释放具有明显的阻碍与延缓作用，利用水锁防止瓦斯超限具有可行性和明显效果。水锁的形成速度与水锁效果同煤的工业成份、环境温度、外加剂类型和外液浓度、煤表面的孔隙大小与分布等密切相关。据此，从利用水锁防止瓦斯超限的角度出发，采用实验研究与理论研究相结合的研究方法，开展水锁形成速度与水锁效果同主要影响因素之间的关系研究，揭示水锁形成速度与煤的工业成份、温度、外液浓度之间，以及水锁效果与温度、外液浓度、孔隙大小及分布之间的关系，建立其间的定量关系数学模型，旨在为工程应用中外加剂的优选，以及外液浓度的确定提供理论支持。该研究对推动利用水锁防止煤矿瓦斯超限，防止瓦斯爆炸事故的发生具有重要的现实意义，同时对推动瓦斯灾害防治技术发展，以及安全科学与工程学科的发展具有重要的科学意义。

项目以高瓦斯矿井生产工作面为工程背景，以水锁形成速度和水锁效果为着眼点，针对工程应用中必然触及的渗透剂优选及浓度配备两个关键问题，展开相关实验研究。在现场取样，以及实测煤层瓦斯压力、煤层温度、工作面环境温度的基础上，利用动态接触角测量仪，根据接触角变化同水锁形成速度之间关系，开展了不同渗透剂溶液与煤样接触时水锁形成速度实验研究，揭示了水锁形成速度与煤的工业成分、温度和外液浓度之间关系。同时，利用自主研发的水锁实验装置，根据瓦斯解吸释放量、解吸释放速率同水锁效果之间关系，开展了不同温度下渗透剂溶液侵入含瓦斯煤体后，常压条件下的水锁效果实验研究，分析了水锁效果与温度、外液浓度之间关系。在此基础上，优选出不同温度下所对应水锁效果较好的渗透剂溶液及其浓度。依托于项目研究成果，针对平岗煤矿14#煤层，选用合适的渗透剂溶液及浓度，在工作面进行了现场工业试验。.通过项目研究，主要获得了以下结论：.（1）水锁形成速度受煤中固定碳和灰分的影响。固定碳质量分数越高，水锁形成速度越慢；灰分质量分数越高，水锁形成速度则越快。.（2）对于同一工业成分的煤样,渗透剂溶液浓度越大,水锁形成速度越快。.（3）温度影响水锁形成速度，在 7℃~15℃，水锁形成速度随温度升高而加快；15℃~20℃，水锁形成速度最快；20℃~27℃，水锁形成速度随温度升高而减慢。.（4）在相同温度下,当渗透剂溶液的浓度低于0.05%时，浓度越高其水锁效果越好；而当渗透剂溶液的浓度超过0.05%时，浓度越高其水锁效果并不一定越好。.（5）对于同一浓度的渗透剂溶液，当温度低于21℃时，温度越低，水锁效果越好；当温度高于21℃时，温度越低，水锁效果并不一定就越好。.（6）在平岗煤矿14#煤层工作面进行水锁试验，通过监测回风巷瓦斯浓度发现，回风巷平均瓦斯浓度由0.63%降至0.46%左右。.本项目通过对水锁形成速度与水锁效果影响因素的研究，揭示了其间关系，为工程应用中渗透剂优选及浓度配比确定提供支撑。