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_记忆效应_对瓦斯水合物生成诱导时间的影响

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记忆 效应 瓦斯 水合物 生成 诱导 时间 影响
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第 38卷   第 12期2 0 0 6年 12月  哈   尔   滨   工   业   大   学   学   报F N F 2006“ 记 忆 效 应 ” 对 瓦 斯 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 的 影 响孙 登 林 1, 2 ,吴 强 1 ,张 保 勇 1(1. 黑 龙 江 科 技 学 院 安 全 工 程 学 院 , 哈 尔 滨 150027, 63. . 辽 宁 工 程 技 术 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 , 辽 宁 阜 新 123000)摘   要 : 运 用 可 视 化 水 合 物 实 验 设 备 ,进 行 两 组 不 同 实 验 体 系 中 “ 记 忆 效 应 ” 对 瓦 斯 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 的影 响 研 究 ,利 用 数 据 采 集 系 统 得 到 5次 实 验 过 程 的 p - ,结 合 同 步 采 集 的 视 频 资 料 对 实 验 数 据 进 行 分析 ,结 果 表 明 :在 含 有 水 合 物 分 解 五 面 体 环 等 残 余 结 构 的 实 验 体 系 中 ,诱 导 时 间 缩 短 到 平 时 的 1 /10~ 1 / “ 记 忆 效 应 ” 的 影 响 作 用 可 以 加 速 瓦 斯 水 合 物 生 长 的 动 力 学 进 程 并 改 善 其 生 成 热 力 学 条 件 词 : 瓦 斯 ;水 合 物 ;记 忆 效 应 ;诱 导 时 间 ;热 力 学 条 件中 图 分 类 号 : 6 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 0367 - 6234 (2006) 12 - 2177 - 03m em on e of ga s te 2 , . t. 150027, 63. 2. L U in s of of /10~ 1 /20 as in ic p ic of ic 日 期 : 2005 - 06 - 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 50374037, 50574038) ;教 育 部 重 点 资 助 项 目 (地 方 : 03039, 204048) 简 介 : 孙 登 林 (1961— ) ,男 ,教 授 ,博 士 研 究 生 对 于 工 业 应 用 还 是 科 学 研 究 ,水 合 物 形成 的 诱 导 时 间 一 直 是 水 合 物 动 力 学 研 究 的 一 个 重要 问 题 . 能 否 利 用 瓦 斯 水 合 机 理 预 防 煤 矿 瓦 斯 灾害 [ 1 - 4 ] ,关 键 参 数 之 一 就 是 瓦 斯 水 合 物 生 成 的 诱导 时 间 . 影 响 水 合 物 形 成 诱 导 时 间 因 素 主 要 有 溶液 的 状 态 、 气 体 的 组 成 、 系 统 反 应 的 表 面 积 、 传 热或 传 质 的 速 率 等 . 指 出水 的 状 态 对 诱 导 时 间 有 着 重 要 的 影 响 [ 5 ]. 文 献[ 6, 7 ]观 察 发 现 ,水 合 物 分 解 时 ,会 残 留 下 一 部 分结 构 ,当 温 度 再 次 降 低 时 ,水 合 物 将 易 于 生 成 ;分子 力 学 研 究 认 为 ,水 的 五 面 体 环 等 残 余 结 构 可 以在 315 以 下 保 持 稳 定 ,导 致 水 合 物 成 核 的平 均 诱 导 时 间 随 着 水 源 的 变 化 而 变 化 ;与 自 来 水的 诱 导 时 间 相 比 ,溶 融 冰 水 的 诱 导 时 间 较 短 ,而 水合 物 分 解 后 的 水 的 诱 导 时 间 也 比 自 来 水 的 诱 导 时间 短 ,这 种 现 象 被 称 作 “ 记 忆 效 应 ” . 本 文 研 究 了两 组 实 验 体 系 ( 1 × 10 - 3 ,未 加 煤 ; × 10 - 3 ,加 煤 )中 水 的 状 态 对 水 合 物 形 成 诱导 时 间 的 影 响 ,以 期 寻 找 到 缩 短 矿 井 瓦 斯 水 合 物形 成 时 间 的 有 效 途 径 ,使 利 用 瓦 斯 水 合 机 理 预 防煤 与 瓦 斯 突 出 技 术 早 日 得 到 广 泛 的 工 业 化 应 用 实 验 概 述可 视 化 水 合 物 实 验 装 置 系 统 ,主 要 由 高 压 反应 釜 、 恒 温 空 气 浴 、 增 压 系 统 、 温 压 测 定 系 统 、 摄 录系 统 和 数 据 采 集 系 统 组 成 ,实 验 中 水 合 物 的 诱 导时 间 是 利 用 摄 录 系 统 和 数 据 采 集 系 统 的 记 录 结 果分 析 计 算 得 到 的 . 反 应 釜 内 温 度 和 压 力 数 据 采 集控 制 系 统 由 温 度 传 感 器 、 压 力 变 送 器 、 据 服 务 器 、 组 态 软 件 和 计 算 机 组成 , 服 务 器 是 仪 表 型 的 现场 主 控 制 器 所 用 试 剂 有 表 面 活 性 剂 温 州 市 东升 化 工 试 剂 厂 )、 合 成 瓦 斯 气 源 (两 种 组 分 ) (大 庆雪 龙 气 体 有 限 公 司 )、 蒸 馏 水 、 煤 样 等 . 高 压 釜 中未 加 煤 实 验 体 系 ,共 进 行 三 次 水 合 物 生 成 实 验 ;高压 釜 中 加 煤 实 验 体 系 ,共 进 行 两 次 水 合 物 生 成 实验 实 验 结 果 与 分 析211  煤 实 验 体 系实 验 气 体 组 分 为 : 甲 烷 87166% , 乙 烷2161% ,丙 烷 6119% ,二 氧 化 碳 3154% ,表 面 活 性剂 浓 度 为 01001 . 图 1~ 3分 别 为 三 次 实 验过 程 的 温 度 、 压 力 和 时 间 对 应 的 数 据 曲 线 ,其 中 后两 次 实 验 均 是 在 前 一 次 实 验 的 基 础 上 进 行 的 ,即前 一 次 水 合 物 生 成 后 对 实 验 系 统 加 热 促 使 水 合 物分 解 ,当 水 合 物 分 解 完 毕 后 再 进 行 降 温 至 实 验 条件 温 度 ,开 始 下 一 次 的 实 验 ,中 间 没 有 更 换 反 应 釜中 溶 液 和 瓦 斯 气 体   中 水 合 物 第 一 次 生 成 p、 T、 图图 2  中 水 合 物 第 二 次 生 成 p、 T、 图图 3  中 水 合 物 第 三 次 生 成 p、 T、 图实 验 体 系 的 三 次 水 合 物 形 成 的 诱 导 时 间 分 别为 1 380 m 140 m 49 m 笔 者 认 为 水 合 物 分解 后 水 的 五 面 体 环 及 其 残 余 结 构 显 著 改 变 了 水 合物 晶 体 成 核 的 微 观 条 件 ,促 使 诱 导 时 间 大 幅 度 缩短 ,由 此 可 见 “ 记 忆 效 应 ” 对 瓦 斯 水 合 物 生 成 过 程的 显 著 影 响 实 验 系 统实 验 气 体 组 分 为 :甲 烷 85177% ,乙 烷 4127% ,丙 烷 3186% ,二 氧 化 碳 6110% ,表 面 活 性 剂 浓 度 为01002 ~ 5分 别 为 两 次 实 验 过 程 的 温 度 、压 力 和 时 间 对 应 的 数 据 曲 线 ,其 中 后 一 次 实 验 是 在前 一 次 实 验 生 成 的 水 合 物 泄 压 分 解 完 毕 后 ,重 新 加入 相 同 的 瓦 斯 气 体 和 表 面 活 性 剂 溶 液 进 行 的 ,但 反应 釜 中 煤 样 未 更 换 ,反 应 釜 未 打 开   煤 - 中 水 合 物 第 一 次 生 成 p、 T、 图图 5  煤 - 中 水 合 物 第 二 次 生 成 p、 T、 图实 验 体 系 的 两 次 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 分 别 为1 589 m 78 m 虽 然 第 一 次 水 合 物 生 成 完 毕 后泄 压 分 解 排 除 部 分 溶 液 ,但 由 于 煤 的 孔 隙 性 ,在 煤体 中 仍 有 大 量 的 水 合 物 分 解 后 的 水 的 五 面 体 环 等残 余 结 构 的 存 在 ,加 速 了 水 合 物 成 核 的 进 程 ,大 大·8712· 哈   尔   滨   工   业   大   学   学   报                           第 38卷  缩 短 了 水 合 物 生 成 的 诱 导 时 间 ,这 也 进 一 步 验 证了 “ 记 忆 效 应 ” 对 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 的 显 著 影响 结   论1) “ 记 忆 效 应 ” 对 瓦 斯 水 合 物 生 成 的 诱 导 时间 有 显 著 的 影 响 ,在 拥 有 水 合 物 分 解 残 余 五 面 体环 等 结 构 的 实 验 体 系 中 ,水 合 物 生 成 诱 导 时 间 缩短 到 平 时 的 1 /10~ 1 /利 用 “ 记 忆 效 应 ” 对 水 合 物 生 成 的 影 响 规律 ,可 将 地 面 上 自 然 存 在 的 冰 融 化 为 冰 水 态 后 用作 煤 层 高 压 注 水 的 水 源 ,这 样 可 有 效 降 低 矿 井 煤层 中 瓦 斯 水 合 物 生 成 时 的 环 境 温 度 ,且 高 压 水 中存 在 的 冰 粒 可 以 起 到 添 加 晶 种 的 作 用 ,缩 短 水 合物 生 成 的 诱 导 时 间 ,加 速 瓦 斯 水 合 化 进 程 由 2个 实 验 体 系 的 记 录 数 据 可 以 看 出 ,水合 物 再 次 生 成 时 的 p、 均 在 朝 着 有 利 于 水 合物 生 成 的 方 向 进 行 ,如 未 加 煤 中 , 3次 水合 物 开 始 生 成 时 的 p、 T 参 数 分 别 为 ( 1514 ℃ ,23118M ( 2019 ℃ , 22165 ( 2215 ℃ ,22113 ;加 煤 中 , 2次 水 合 物 开 始 生成 时 的 p、 分 别 为 ( 1516 ℃ , 22137 (1919 ℃ , 23102 由 此 揭 示 出 “ 记 忆 效 应 ”在 改 变 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 的 同 时 ,也 影 响 着 水合 物 生 成 的 热 力 学 条 件 文 献 :[ 1 ] J ]. 2003, 13 (1) : 7 - 10.[ 2 ] 吴 强 ,李 成 林 ,江 传 力 . 瓦 斯 水 合 物 生 成 控 制 因 素 探讨 [ J ]. 煤 炭 学 报 , 2005, 30 (3) : 283 - 287.[ 3 ] M C ]. A. A. 004: 233 - 237.[ 4 ] l. C ]. 2005: 852 - 857.[ 5 ] , B P R. A J ]. 1983,1061 - 1072.[ 6 ] of in a J ]. 2004, 13 (4) : 527 - 531.[ 7 ] 吴 强 . 煤 层 瓦 斯 水 合 机 理 实 验 研 究 [D ] :中 国 矿业 大 学 , 2005: 97 - 100. (编 辑   赵 丽 莹 )(上 接 第 2176页 )参 考 文 献 :[ 1 ] A, H. op J ]. 2000,53: 267 - 281.[ 2 ] 瞿 伟 廉 ,滕 军 ,项 海 帆 等 . 风 力 作 用 下 深 圳 市 民 中 心屋 顶 网 架 结 构 的 智 能 健 康 监 测 [ J ]. 建 筑 结 构 学 报 ,2006, 27 (1) : 1 - 8.[ 3 ] , , D, et a of of on p of J ]. 254- 255 (2003) : 47 - 49.[ 4 ] H. of in J ]. 2005, 38: 589 5 ] , , , et a l. of by of J ]. 272 - 276 (2004) : 2303 - 2304.[ 6 ] 王 玉 银 ,张 素 梅 ,郭 兰 慧 . 受 荷 方 式 对 钢 管 混 凝 土 轴压 短 柱 力 学 性 能 影 响 [ J ]. 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 ,2005, 37 (1) : 40 - 44.[ 7 ] H, K. M ]. 1985: 336- 345.[ 8 ] 李 红 红 ,王 劼 ,李 锐 鹏 等 . 磁 性 圆 二 色 : 单 晶 膜 的 轨 道 磁 矩 和 自 旋 磁 矩 [ J ]. 科 学 通 报 ,2005, 50 (12) : 1172 - 1175.[ 9 ] D, A F, O L C, et a e /N iO J ]. 233(2001) : 74 - 77.[ 10 ] B, M , , et a l. Sp in e aA s ( 100) - J ]. 226 - 230(2001) : 1643 - 1645. (编 辑   王 小 唯 )·9712·第 12期 孙 登 林 , 等 :“ 记 忆 效 应 ” 对 瓦 斯 水 合 物 生 成 诱 导 时 间 的 影 响
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