溶解酯化煤體瓦斯機理研究

《溶解酯化煤體瓦斯機理研究》是依託北京科技大學，由張英華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：溶解酯化煤體瓦斯機理研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：張英華
• 項目類別：面上項目

項目摘要

我國煤與瓦斯突出事故非常嚴重，每年死亡人數超過300人，總次數占全世界40%以上。現有消突技術主要通過對煤體進行成孔、造縫和開採解放層卸壓等物理手段實現瓦斯抽采的目的，施工成本高，粉塵嚴重，時效性差。本項目將通過煤體瓦斯解析實驗、計算機物化特性模擬計算、有機溶液體系下溶解瓦斯效能試驗、酸性溶液體系下酯化瓦斯效能試驗、活性劑降低溶解液表面張力試驗和化學消突溶劑溶液的配置試驗，研究煤層瓦斯化學消突技術治災機理，獲得化學消突溶劑與煤層瓦斯氣體反應過程中化學鍵破裂和重組規律，研究消突前和消突後裂隙滲流變化情況。通過分析計算試驗所得數據深入剖析瓦斯-煤-化學溶劑三相界面物化性質，套用各試驗結論配置適當的化學消突溶液，明確溶液中活性劑、溶解劑和轉化劑的化學組分，得出關於活性劑降低溶解液表面張力效能及瓦斯氣體在三相界面處的溶解轉化率及轉化條件,從而為研發一種經濟實用、安全環保的化學消突技術奠定基礎。

結題摘要

煤礦瓦斯災害是我國煤礦的主要災害之一, 嚴重製約我國煤礦的安全生產和煤炭工業的可持續發展。為有效防治煤礦瓦斯突出，降低瓦斯災害帶來的損失，國內外學者都在積極探索瓦斯消突新途徑。本項目就溶解酯化煤體瓦斯機理展開研究，以期建立“瓦斯—煤—化學溶劑”三相界面瓦斯吸附模型，在此基礎上配置出對瓦斯具有良好溶解酯化效果的的化學消突溶液，從而提高瓦斯轉化效率，達到防止瓦斯突出的目的。 項目為探究溶解酯化煤體瓦斯機理進行了理論研究。利用ChemDraw軟體建立了甲烷分子微觀構型，分析了分子內鍵能鍵角等化學性質並對甲烷轉化試劑進行了微觀模型的分析與篩選。探究了表面活性劑膠束增溶甲烷機理以及長鏈多碳烷對甲烷分子的相似相溶機理。對酸性溶液體系下甲烷的酯化反應進行了化學動力學研究，計算了各反應步驟中反應速率和反應時間的關係。建立了“瓦斯—煤—溶解酯化劑”三相界面瓦斯吸附模型，探究了溶解酯化劑在瓦斯表面的分子間力、靜電力和表面結構力等物化性質。 項目為驗證溶解酯化煤體瓦斯機理開展了實驗室實驗研究。建立了表面活性劑-多碳烷溶解體系，研究了不同條件下表面活性劑的臨界膠束濃度變化規律，明確了不同類型表面活性劑及長鏈多碳烷對甲烷的溶解效果。進行了酸性溶液體系下的甲烷酯化實驗，配置並最佳化出消突效果優良的化學消突溶液。 項目為套用溶解酯化煤體瓦斯機理進行了現場實驗研究。選取上社煤礦15013綜采工作面進行了現場實驗，以檢驗溶解酯化煤體瓦斯的實際套用情況。結果表明注入溶解酯化劑後，煤體中甲烷含量減少，瓦斯壓力降低，從而達到了瓦斯消突目的。 本項目的研究成果提供了化學消突的新思路，為實現化學消突技術奠定了理論基礎。