煤吸附和解吸瓦斯过程中温度变化研究(1)

!"#"$%&’ () *"+,"%$*-%" &’$)."# /-%0). &($1 .$# $2#(%,*0() $)/ /"#(%,*0()
./0 12345678! ，9:. :64;2<" ，=/0 >6784?2!
（!# !"#$%&$ ’()*"*&*+ $, -+./($0$12 ，!"#$%&$ $%$&&&，3/"(# ；"# 3$#0 ’(4&)*5"#0 -+./($0$12 3$()&0*#(* 3$66"))"$( ，7+"8"(1 !&&’!(，3/"(# ）
图! 温度测定系统
" 温度测定程序
使用 GF H H -#& 开发了温度测定系统程序，实 现如下功能：! 数据采集；" 数据处理；# 数据 保存。在进行数据采集之前，首先开启程序，分别 输入传感器位置、传感器标定参数、时间间隔（采 集频率）及通道数，当一切准备好后，即可开始进 行测定。 在煤矿开采过程中，常见的瓦斯气体有甲烷 （FI$）和二氧化碳（ FJ" ）等，由于 FI$ 具有爆炸 性，该实验在瓦斯突出模拟装置上进行，不太安 全，因此实验所用气体主要为煤体对其吸附能力大 的二氧化碳（ FJ" ）和吸附能力较小的氮气（ ." ） 之间，由此可以推断出 FI$ 在吸附和解吸过程中 温度变化规律。
煤炭科学技术 第 (! 卷第 $ 期 "&&( 年 $ 月 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
强烈突出的煤层。所用型煤是将煤样破碎、筛分 （! "" 及以下）后的煤粉分 #$ 次加压制成，以保 证型煤的均质性。待型煤制作完成后，布置好温度 传感器，气密性检验过后，用真空泵抽气 %# &，调 节减压阀，使瓦斯压力稳定到一定值，开始向突出 装置的成型煤样充瓦斯，然后打开温度测试系统， 选择一定的时间间隔，在充气的同时进行温度变化 的同步观测，直到达到瓦斯吸附平衡。 ! "# "# 氮气吸附时温度变化 分别对煤样充 ’(% )*+、’(# )*+、!(%! )*+ 三 种不同压力的氮气，观察煤体温度变化情况。由于 篇幅所限文中仅给了 ! 号温度传感器在不同的充气 压力下测定的温度随时间变化曲线，如图 % 所示。 将充不同压力氮气所对应的煤体温度（由于达到了 热平衡状态，煤体温度和气体温度相等）变化值见 表 !。 见表 %。
图0
不同 34% 压力下 ! 号温度传感器温度 随时间变化曲线
表$ 图% 在不同的氮气压力下 ! 号温度传感器温度 随时间变化曲线
煤体充二氧化碳时温度变化随压力变化情况
煤体温度变化 , ’(1 !(% / !(# !/% ’(0 / !(0 !(2 / %(0
34% 压力值 , )*+ ’(2
表#
煤体充氮气时和温度变化随压力变化情况
! 温度测定系统
瓦斯吸附与解吸过程中温度变化研究实验装置 采用焦作工学院自行研制的煤与瓦斯突出模拟装 置。沿长度为 -&& CC、净直径为 "%& CC 的桶状模 拟装置的轴向距突出口 !$& CC、"-& CC、(A& CC 和 %&& CC 处安装了 $ 个 +)D 系列 E. 结温度传感 器，编号分别为 ! 号、" 号、( 号和 $ 号。测温时， 由温度传感器感应温度信号，经 A 路温度变送器转 变为相应的电压值，由 EF , -(!& 数据采集卡将模 拟量转变为数字量供计算机采集，系统框图如图 ! 所示。
煤是一种多孔介质，是天然的吸附体。在目前 开采深度所决定的煤层温度和瓦斯压力条件下，吸 附状态的瓦斯占瓦斯含量的 A&B@&B ，而处于煤 层孔隙中游离瓦斯约占 !&B"&B 。由前人研究可 知，瓦斯是突出能量的主要提供者，研究煤的解吸 与放散瓦斯能力有助于揭示煤与瓦斯突出的本质。 前人已对等温过程中煤对瓦斯的吸附与解吸进行了 大量研究，但对瓦斯吸附和解吸过程中温度变化研 究较少。众所周知温度的变化表示热量的转移，通 过温度变化可以寻找煤与瓦斯突出过程中的能量转 移关系，本文重点探讨用实验的方法测定瓦斯吸附 与解吸过程中的温度变化，温度变化的幅度与瓦斯 吸附能力、瓦斯压力有关。
煤吸附和解吸瓦斯过程中温度变化研究
牛国庆! ，颜爱华" ，刘明举!
（!# 焦作工学院，河南 焦作 $%$&&&；"# 煤炭工业技术咨询委员会，北京 !&&’!(）
摘
要：介绍了通过实验方法测定瓦斯在吸附和解吸过程中的温度变化，由实验结果可知瓦斯吸附
过程是放热过程，在吸附和解吸过程中，温度变化幅度随压力变化幅度的增加而增加；吸附能力越 强的瓦斯气体，在被吸附时放出的热量越多，解吸时吸收的热量也越多。 关键词：吸附；解吸；温度变化；热力学 中图分类号：)*’!( 文献标识码： + 文章编号：&"%( , "((-（"&&(）&$ , &&$’ , &(
作者简介：郑丰隆（"23. 5 ） ，男，山东滕州人，高级工程师， 现在山东科技大学仪器仪表研究所从事矿用仪器仪表、监测监控系 统的研制和开发工作。
万方数据
!2
（"）煤体吸附瓦斯的过程是放热过程，而瓦斯 气体的解吸过程是吸热过程。 （.）同种瓦斯气体，随着压力的提高，到达吸 附平衡时间延长，温度升高的幅度也随之增大。 （*）瓦斯气体压力大致相同（使压力完全相同 很难控制）时，煤体吸附不同的瓦斯气体，放出的 热量不同，煤体对其吸附能力越大的瓦斯气体，吸 附时放出的热量越多。 （!）关于吸附速度，人们普遍印象是气体吸附 性越强，其吸附速度越快，但实验证明，吸附性强 的气体其吸附速度不一定快。压力相近时，氮气比 二氧化碳吸附速度快，达到平衡时间短。 （,）同种瓦斯气体，在解吸过程中，原始瓦斯
收稿日期：.((. 5 "( 5 (4；责任编辑：王宗禹
［.］
果来看是非常理想的。
参考文献：
［"］ 李 华 / $78 5 ," 系列单片机实用34;22* / 王树勋 / $78 5 ," 单片微型计算机原理与开发［ $］ / 北京： 机械工业出版社，"22( /
基金项目：河南省自然科学基金资助项目（@@$&’&’&&）
# 瓦斯吸附及解吸过程中温度变化研究
# $! 瓦斯吸附过程中的温度变化 实验所用煤样来自焦作矿务局冯营矿一发生过 $’
万方数据
煤炭科学技术 第 0! 卷第 # 期 %’’0 年 # 月 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
" 结
论
安全技术及工程教学科研与研究生管理工作。
由实验结果可知：
收稿日期：.((. 5 "( 5 "4；责任编辑：曾康生
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第 .! 页） " #" 分站的双向通信 分站的主要功能是实现双向通信。目前市场上 出现的绝大部分单片机只具有一个串行口，如采用 一个串行口实现双向通信，无法满足系统实时监控 的需要，如果扩展串行口，会分散或占用单片机过 多的工作时间，影响分站或单片机的工作性能，为 彻底解决分站双向通信的问题，设计了双单片机结 构，并选用一片双口 06$（随机存储器）进行数 据暂存和缓冲，两只单片机各自独立工作，互不影 响。同时分站将以最快的通信速度把变电所内所有 采集器的数据同时传给地面计算机，从实际使用效
在瓦斯吸附到平衡后，放置 !’ & 以上，保证 煤层内部温度恒定，然后打开连接突出装置的截止 阀，使煤层中的瓦斯释放，同时测定瓦斯释放过程 中温度的变化。图 # 为不同的原始压力瓦斯气体解 吸时 ! 号温度传感器测定的温度变化曲线。不同压 力的瓦斯气体解吸时对应的温度变化见表 0。
煤炭科学技术 第 *" 卷第 ! 期 .((* 年 ! 月 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
图! 不同原始压力的瓦斯气体解吸时
压力越大，解吸后温度降低的幅度也越大。
参考文献：
" 号温度传感器温度随时间变化曲线 表! 不同压力的瓦斯气体解吸时 对应的煤体温度变化情况
瓦斯气体压力 # $%& ()!! ()," ()*" 煤体温度变化 # ’ ()* + ()! ")" + "), ()- + "). ［*］
［"］ ［.］
刘明举 / 煤与瓦斯突出的热动力模型研究结 题 报 告［ 0］ / 焦作：焦作工学院，.((. / 颜爱华 / 煤与瓦斯突出的热动力模型［ 1］ / 焦作：焦作工 学院，.((" / 俞启香 / 矿井瓦斯防治［$］ / 徐州：中国矿业大学出版社， "22. /
作者简介：牛国庆（"234 5 ） ，男，河南安阳人，讲师，从事
煤体温度变化 , ’(%. / ’(0 ’($ / ’(1 ’(1 / !
’(1 !(%
氮气压力值 , )*+ ’(% ’(# !(%!
!(# !($
! "$
瓦斯解吸过程中煤体温度的变化
! "# "$ 二氧化碳吸附时温度变化 再分别对煤样充 ’(2 )*+、’(1 )*+、!(% )*+、 !(# )*+、!($ )*+ 五种不同压力的二氧化碳，! 号 温度传感器测定的温度随时间变化曲线如图 0 所 示。充不同压力的二氧化碳所对应的煤体温度变化 万方数据 #5