《煤炭科学技术》“深部煤矿瓦斯防治与利用”专题

为深入报道深部煤矿瓦斯防治与利用在基础理论、关键技术、装备研发等方面取得的最新研究成果，推动清洁高效能源利用体系综合建设，实现煤矿瓦斯灾害科学防治与低碳高效利用，《煤炭科学技术》特邀中国矿业大学翟成教授、西安科技大学林海飞教授、中煤科工集团重庆研究院有限公司孙海涛研究员、中国矿业大学王亮教授担任客座主编，于2024年第4期策划出版“深部煤矿瓦斯防治与利用”专题。专题自发布征稿以来，共收到来稿80余篇，最终录用刊登12篇。在专题出版之际，衷心感谢客座主编在专题策划与出版中的辛勤付出，感谢各位专家学者的大力支持，特别感谢评审专家认真细致的审阅与中肯意见！

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 57个
关键词; 65位
专家; 12篇
论文; 1491IP
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水分对CH₄和CO₂在煤中竞争吸附特性影响研究

作者(Author)：陈立伟, 边乐, 王东杰, 郑浩阁, 赵占川

摘要：为研究水分对CH4和CO2及混合气体在煤中竞争吸附的影响，通过自主研发的含瓦斯煤多元气体竞争吸附试验系统进行不同含水率煤对CH4和CO2单组分吸附研究，试验结果表明：水分并没有改变CH4和CO2等温吸附曲线的基本规律，在相同条件下，水分也未影响煤对单组分气体吸附能力的排序，始终是煤对CO2的吸附能力大于对CH4的吸附能力。相同条件下，水分对CH4的抑制率大于CO2吸附量抑制率，说明水分对煤吸附弱吸附性气体的抑制程度更大。在进行水对混合气体的竞争吸附影响研究试验，发现：当注入煤体的气体比例保持不变时，在同一吸附平衡压力下，混合气体的吸附总量随着水分含量的升高而降低，并且吸附平衡后的CH4吸附量和CO2吸附量都随着煤体中水分含量的增大而减小；而当含水率不变时，同一注气比例下的气体吸附平衡压力越大，吸附平衡后的CH4吸附量和CO2吸附量越大。游离相中的CO2的体积分数始终低于气源，而CH4体积分数始终高于气源。不同条件下CO2/CH4选择系数的数值均大于1，范围处在4.8～5.4，煤对CO2的吸附亲和能力大于CH4。相同组分混合气体吸附条件下，CO2/CH4选择系数均随着试验煤样含水率变大而降低。该研究进一步完善影响煤对气体吸附的因素的理论分析，以及为工程实践为井下注气促抽瓦斯技术提供理论依据。

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2024年第04期

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高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

作者(Author)：张金宝

摘要：保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提，而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用，开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术，配套研制了ø95 mm筛管悬挂装置、ø95 mm玻璃钢筛管、ø100 mm封堵短节、ø140 mm钻头通水堵头以及ø95 mm分组筛管对接装置，并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明：玻璃钢筛管质量轻推送阻力小，可在倾角17°～26°的钻孔内人工连接长100 mø95 mm玻璃钢分组筛管，分组筛管输送过程中水压为1.0～1.5 MPa，输送到位时水压降为0.5 MPa以下，在泵量200～390 L/min下，分组筛管水力平均输送速度可达150～260 m/min，试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显，前后两组筛管对接可靠，可有效实现到位报信，成功实现ø153 mm高位定向钻孔内ø95 mm筛管的全孔段护孔，2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m，工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139 945、176 139 m3。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案，有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果，为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。

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2024年第04期

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卤代烷气体灭火剂促进−抑制瓦斯燃爆特性试验

作者(Author)：王涛, 董哲, 盛禹淮, 南凡, 杨哲, 杨鹏, 孟帆, 罗振敏

摘要：瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平，而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果，采用试验测试和理论分析相结合的方法，系统研究了七氟丙烷（C3HF7）、六氟丙烷（C3H2F6）和三氟甲烷（CHF3）等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响，分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明：富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进−抑制双重作用。在化学当量条件下，仅C3HF7对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用，CHF3和C3H2F6均表现出抑制作用；3种卤代烷气体对甲烷层流燃烧速度均表现出抑制作用。在贫氧工况中，3种卤代烷气体对甲烷的爆炸压力峰值，最大升压速率和层流燃烧速度均表现出抑制作用。整体而言，C3H2F6和C3HF7对甲烷爆炸压力特征参数和层流燃烧速度的抑制效果优于CHF3。理论分析结果显示，富氧工况下卤代烷随掺混体积分数的增大而表现出的促进−抑制双重作用，可归因于其对体系反应过程中热释放特性的提升与其主要含F中间产物对H、O和OH等关键自由基的抑制之间的竞争结果。研究结果为瓦斯爆炸防治相关理论研究和技术开发提供一定的理论依据。

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2024年第04期

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Z型异质结Ag₂S/AgVO₃可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

作者(Author)：杨娟, 单启月, 戴俊, 张鸽, 丰之翔

摘要：因缺乏合理有效的利用途径，大量低浓度瓦斯（${C_{{rm{C}}{{rm{H}}_{rm{4}}}}} $ < 30%）被直接排放，研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义，也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一，以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷，为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO3，以硫代乙酰胺为硫源，通过阴离子交换策略在AgVO3表面原位复合Ag2S，构筑出Ag2S/AgVO3异质结，改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag2S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析，以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯，系统研究了Ag2S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律，借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱（EPR）探究了Z型异质结构Ag2S/AgVO3对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明：所制AgVO3呈纤维状形貌，其晶相结构为单斜相，原位复合的Ag2S呈纳米颗粒形态，其平均粒径为60 nm，且Ag2S颗粒均匀分布于AgVO3纤维表面。与单一AgVO3和Ag2S相比，复合材料Ag2S/AgVO3具有更强的光吸收性能，AgVO3的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V，Ag2S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO3相比，复合催化剂Ag2S/AgVO3具有显著增强的瓦斯转化性能，可见光照射1 h最优催化剂20% Ag2S/AgVO3的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g，分别为单一AgVO3的1.72倍与2.63倍，且其甲醇选择性高达78.9%；6次循环试验结果表明：Ag2S/AgVO3具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明：Ag2S/AgVO3异质结遵循Z型电荷迁移机制，这不仅增强了光生电荷的空间分离，同时使其具有较强的氧化/还原能力，显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能，为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

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2024年第04期

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