研制了瓦斯吸附/解吸激振及测试系统,并进行低频振动对煤样解吸/吸附瓦斯特性试验。解吸试验发现低频振动能阻碍瓦斯气体解吸;吸附试验显示不同频率对煤样吸附瓦斯的影响不同。解吸试验结果表明,低频扰动增加了煤样内部吸附位,并使气体分子自由程变大,瓦斯扩散速率减慢,不利于气体分子解吸;吸附试验结果认为,低频扰动作用下,煤体温度升高,煤样内部煤分子吸附势垒加深,分子间作用势变大,煤基质外表面瓦斯气体膜破裂加剧同时吸附位增多,这4种因素共同作用下导致不同频率对煤样产生的影响不同。
### 低频振动对煤解吸吸附瓦斯特性分析
#### 概述
本文献针对低频振动如何影响煤解吸吸附瓦斯特性的研究进行了详细介绍。研究团队设计了一套专用的瓦斯吸附/解吸激振及测试系统，并通过该系统进行了实验，旨在探索低频振动对煤样解吸/吸附瓦斯特性的影响。
#### 实验装置与方法
实验装置主要包括五个部分：**WY-98瓦斯常数测定仪**、**外置吸附/解吸装置**、**激振系统**、**信号传感装置**以及**信号记录系统**。其中，外置吸附/解吸装置、激振系统和信号采集系统为自主研发。外置吸附罐通过密封的橡胶导气管与瓦斯常数测定仪内的内置吸附罐相连。激振系统采用JZK-20型电动式激振器、YE1311型扫频信号发生器和YE5872型功率放大器组成。信号传感装置则包括CL-YD-3型压电式力传感器、CL-YD型压电式压力传感器以及YE5850A型电荷放大器。信号记录系统包括YE6262型信号采集器和计算机。
实验过程中，首先将采自工作面的原煤破碎并筛取50~60目的煤粒560g放入外置吸附罐内，在24℃恒温水箱中脱气2小时后，再充入2.08MPa的气体。吸附达到平衡状态后，释放吸附罐内的游离瓦斯。此时打开信号采集器、扫频信号发生器和功率放大器，激振器在功率放大器的作用下对吸附罐内的煤样施加激振力。计算机同步记录吸附罐内压强和激振力的变化情况。
#### 煤样解吸/吸附瓦斯特性
##### 解吸试验结果
在10Hz、20Hz、30Hz三种不同的振动频率下进行了解吸试验。结果表明，随着振动频率的增加，瓦斯气体的解吸量逐渐减少，解吸速度也随之降低，最终达到解吸平衡的时间相应延长。具体来说：
- **10Hz**时，解吸量最大，解吸速度最快，解吸平衡时间最短；
- **30Hz**时，解吸量最小，解吸速度最慢，解吸平衡时间最长。
这些结果表明，低频振动能够阻碍瓦斯气体的解吸。
##### 吸附试验结果
吸附试验在相同的条件下进行。研究发现，不同频率对煤样吸附瓦斯的影响存在显著差异。在低频扰动作用下，煤体温度会有所上升，煤样内部的煤分子吸附势垒加深，分子间作用势变大，煤基质外表面的瓦斯气体膜破裂加剧且吸附位增多。这四种因素共同作用导致不同频率对煤样产生的影响各异。具体机制如下：
1. **吸附位增加**：低频振动增加了煤样内部的吸附位，使得瓦斯分子与煤的接触面积增大。
2. **气体分子自由程变大**：低频扰动使气体分子的自由程变大，降低了瓦斯分子的扩散速率，从而不利于气体分子的解吸。
3. **温度升高**：在低频振动作用下，煤体温度升高，这进一步加深了煤分子的吸附势垒，增强了分子间的相互作用力。
4. **瓦斯气体膜破裂加剧**：低频振动会导致煤基质外表面的瓦斯气体膜破裂加剧，同时也增加了吸附位的数量。
本研究揭示了低频振动对煤解吸吸附瓦斯特性的复杂影响机制，为深入理解煤层瓦斯运移、突出机理以及煤层气开采提供了重要的理论依据和技术支持。
