陈立等：不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应 ·425· 由图11可知，在煤吸附瓦斯过程中，温度随着 附热最多，煤的温度出现波峰，无烟煤波峰温度为 吸附量的增加而增大，电阻率随着吸附量的增加而 31.22~33.74℃，肥煤波峰温度为27.27~29.78 减小.这表明它们之间存在着一定的相互关系，其 ℃，褐煤波峰温度为25.93~26.80℃. 相关程度大小关系到利用热电效应来反映煤体吸附 (2)煤在瓦斯吸附过程中伴随有明显的电效 能力的科学可行性。对此，笔者通过相关性系 应，煤的电阻率随粒径增大而增大，随吸附量的增大 数3刘来分析和确定煤的温度变化和电阻率变化 而减小.在吸附达到平衡时，煤的电阻率出现波谷， 与吸附量之间的相关程度 褐煤波谷电阻率为4.62×103~5.76×1032m,和 设两组随机样本x={x1,2,…,x:}和y={y, 稳定后电阻率相比降低了约0.14~0.15倍：肥煤波 y2…,y},i=1,2,…,N,x表示吸附平衡时瓦斯吸 谷电阻率为3.62×103~4.24×1032m,和稳定后 附量，y表示吸附平衡时的煤体温度或电阻率，x:和 电阻率相比降低了约0.15~0.16倍：无烟煤波谷电 y:均为样本值.相关系数r计算公式，如下式所示 阻率为5.53~6.412m和稳定后电阻率相比降低 了约0.14-0.15倍. x:-N isi (3)在煤吸附瓦斯过程中，煤体温度和电阻率 (4) ∑-N 变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性.相关性 =1 系数r和r4分别介于0.9502~0.9899和-0.9316~ 式中，N为样本x和y的数量，X和Y为样本均值. -0.9916之间，均接近于±1.因此，可采用热电效 将表2、图8和图10中瓦斯吸附量、温度和电 应来反映煤的吸附能力.同等吸附条件下，在吸附 阻率数据代入公式(4)中，可得出吸附平衡时的煤 平衡时，煤体温度越高，电阻率越小，表明煤的吸附 体温度和电阻率与瓦斯吸附量间的相关系数，分别 能力越强：相反，煤体温度越低，电阻率越大，表明煤 用r.和r来表示，计算结果，如表4所示. 的吸附能力越弱. 表4温度和电阻率与瓦斯吸附量的相关系数 Table 4 Correlation coefficient between temperature and resistivity 参考文献 煤样名称 Liu Z X.Feng ZC.Theoretical study on adsorption heat of meth- ane in coal.J China Coal Soc,2012,37(4):647 HM 0.9692 -0.9833 (刘志祥，冯增朝.煤体对瓦斯吸附热的理论研究.煤炭学 FM 0.9502 -0.9316 报，2012,37(4)：647) WYM 0.9899 -0.9916 2]Yang T,Nie B S.Temperature variation tests during the gas ad- sorption process.J China Coal Soe,2015,40(Suppl 2):380 由表4可知，在吸附平衡时，煤体温度和电阻率 (杨涛，聂百胜.煤粒吸附瓦斯过程中的温度变化研究.煤炭 与瓦斯吸附量的变化密切相关.煤温度变化与瓦斯 学报，2015,40（增刊2）：380) 吸附量变化呈现正相关，相关系数r∈0.75,1]，且 6) Liu Y B,Cao S G,Li Y,et al.Experimental study of swelling de- formation effect of coal induced by gas adsorption.Chin J Rock 接近于1，正相关很强，相关程度为：WYM>HM> Mech Eng,2010,29(12):2484 FM:煤电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现负相关， (刘延保，曹树刚，李勇，等.煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的 相关系数r∈[-1，-0.75]，且接近于-1，负相关 试验研究.岩石力学与工程学报，2010,29(12)：2484) 很强，相关程度为：WYM>HM>FM.因此，鉴于煤 4]Nie B S,Lu H Q,Li X C,et al.Experimental study on the char- 体温度和电阻率与瓦斯吸附量之间的强相关性，在 acteristic of coal deformation during gas adsorption and desorption 煤体吸附瓦斯的过程中，可采用热电效应来反映煤 process.J China Coal Soc,2015,40(4):754 (聂百胜，卢红奇，李祥春，等.煤体吸附解吸瓦斯变形特征 体的吸附能力.同等吸附条件下，在吸附平衡时，煤 实验研究.煤炭学报，2015,40(4)：754) 体温度变化越大，温度越高，电阻率越小，说明煤的 Cao S G,Zhang Z G,Li Y,et al.Experimental study of deforma- 吸附能力越强：相反，煤体温度变化越小，温度越低， tion properties of outburst-prone coal induced by gas adsorption 电阻率越大，说明煤的吸附能力越弱 and desorption.J China Coal Soc,2013,38 (10):1792 (曹树刚，张遵国，李毅，等.突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形 3 结论 特性试验研究.煤炭学报，2013,38(10)：1792) [6 Liu Y J,Li Z H,Song D Z,et al.Experimental research on sur- (1)煤在瓦斯吸附过程中伴随有明显的热效 face potential induced by gas sorption process in coal.J China 应，煤的吸附热和温度变化随粒径增大而减小，随吸 Coal Soc,2013,38(11):1977 附量的增加而升高.在吸附达到平衡时，产生的吸 (刘永杰，李忠辉，宋大钊，等.煤体吸附瓦斯过程表面电位陈 立等: 不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应 由图 11 可知，在煤吸附瓦斯过程中，温度随着 吸附量的增加而增大，电阻率随着吸附量的增加而 减小． 这表明它们之间存在着一定的相互关系，其 相关程度大小关系到利用热电效应来反映煤体吸附 能力的 科 学 可 行 性． 对 此，笔者通过相关性系 数［23--24］来分析和确定煤的温度变化和电阻率变化 与吸附量之间的相关程度． 设两组随机样本 x = { x1，x2，…，xi} 和 y = { y1， y2，…，yi} ，i = 1，2，…，N，x 表示吸附平衡时瓦斯吸 附量，y 表示吸附平衡时的煤体温度或电阻率，xi 和 yi 均为样本值． 相关系数 r 计算公式，如下式所示． r = ∑ N i = 1 xiyi ( － N XY ∑ N i = 1 x 2 i － N X ) ( 2 ∑ N i = 1 y 2 槡 i － N Y ) 2 ( 4) 式中，N 为样本 x 和 y 的数量，X 和 Y 为样本均值． 将表 2、图 8 和图 10 中瓦斯吸附量、温度和电 阻率数据代入公式( 4) 中，可得出吸附平衡时的煤 体温度和电阻率与瓦斯吸附量间的相关系数，分别 用 rw 和 rd 来表示，计算结果，如表 4 所示． 表 4 温度和电阻率与瓦斯吸附量的相关系数 Table 4 Correlation coefficient between temperature and resistivity 煤样名称 rw rd HM 0. 9692 － 0. 9833 FM 0. 9502 － 0. 9316 WYM 0. 9899 － 0. 9916 由表 4 可知，在吸附平衡时，煤体温度和电阻率 与瓦斯吸附量的变化密切相关． 煤温度变化与瓦斯 吸附量变化呈现正相关，相关系数 r∈［0. 75，1］，且 接近于 1，正相关很强，相关程度为: WYM ＞ HM ＞ FM; 煤电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现负相关， 相关系数 r∈［－ 1，－ 0. 75］，且接近于 － 1，负相关 很强，相关程度为: WYM ＞ HM ＞ FM． 因此，鉴于煤 体温度和电阻率与瓦斯吸附量之间的强相关性，在 煤体吸附瓦斯的过程中，可采用热电效应来反映煤 体的吸附能力． 同等吸附条件下，在吸附平衡时，煤 体温度变化越大，温度越高，电阻率越小，说明煤的 吸附能力越强; 相反，煤体温度变化越小，温度越低， 电阻率越大，说明煤的吸附能力越弱． 3 结论 ( 1) 煤在瓦斯吸附过程中伴随有明显的热效 应，煤的吸附热和温度变化随粒径增大而减小，随吸 附量的增加而升高． 在吸附达到平衡时，产生的吸 附热最多，煤的温度出现波峰，无烟煤波峰温度为 31. 22 ～ 33. 74 ℃，肥煤波峰温度为 27. 27 ～ 29. 78 ℃，褐煤波峰温度为 25. 93 ～ 26. 80 ℃ ． ( 2) 煤在瓦斯吸附过程中伴随有明显的电效 应，煤的电阻率随粒径增大而增大，随吸附量的增大 而减小． 在吸附达到平衡时，煤的电阻率出现波谷， 褐煤波谷电阻率为 4. 62 × 103 ～ 5. 76 × 103 Ω·m，和 稳定后电阻率相比降低了约 0. 14 ～ 0. 15 倍; 肥煤波 谷电阻率为 3. 62 × 103 ～ 4. 24 × 103 Ω·m，和稳定后 电阻率相比降低了约 0. 15 ～ 0. 16 倍; 无烟煤波谷电 阻率为 5. 53 ～ 6. 41 Ω·m 和稳定后电阻率相比降低 了约0. 14 ～ 0. 15 倍． ( 3) 在煤吸附瓦斯过程中，煤体温度和电阻率 变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性． 相关性 系数 rw 和 rd 分别介于 0. 9502 ～ 0. 9899 和 － 0. 9316 ～ － 0. 9916 之间，均接近于 ± 1． 因此，可采用热电效 应来反映煤的吸附能力． 同等吸附条件下，在吸附 平衡时，煤体温度越高，电阻率越小，表明煤的吸附 能力越强; 相反，煤体温度越低，电阻率越大，表明煤 的吸附能力越弱． 参 考 文 献 ［1］ Liu Z X，Feng Z C． Theoretical study on adsorption heat of meth￾ane in coal． J China Coal Soc，2012，37( 4) : 647 ( 刘志祥，冯增朝． 煤体对瓦斯吸附热的理论研究． 煤炭学 报，2012，37( 4) : 647) ［2］ Yang T，Nie B S． Temperature variation tests during the gas ad￾sorption process． J China Coal Soc，2015，40( Suppl 2) : 380 ( 杨涛，聂百胜． 煤粒吸附瓦斯过程中的温度变化研究． 煤炭 学报，2015，40( 增刊 2) : 380) ［3］ Liu Y B，Cao S G，Li Y，et al． Experimental study of swelling de￾formation effect of coal induced by gas adsorption． Chin J Ｒock Mech Eng，2010，29( 12) : 2484 ( 刘延保，曹树刚，李勇，等． 煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的 试验研究． 岩石力学与工程学报，2010，29( 12) : 2484) ［4］ Nie B S，Lu H Q，Li X C，et al． Experimental study on the char￾acteristic of coal deformation during gas adsorption and desorption process． J China Coal Soc，2015，40( 4) : 754 ( 聂百胜，卢红奇，李祥春，等． 煤体吸附解吸瓦斯变形特征 实验研究． 煤炭学报，2015，40( 4) : 754) ［5］ Cao S G，Zhang Z G，Li Y，et al． Experimental study of deforma￾tion properties of outburst-prone coal induced by gas adsorption and desorption． J China Coal Soc，2013，38( 10) : 1792 ( 曹树刚，张遵国，李毅，等． 突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形 特性试验研究． 煤炭学报，2013，38( 10) : 1792) ［6］ Liu Y J，Li Z H，Song D Z，et al． Experimental research on sur￾face potential induced by gas sorption process in coal． J China Coal Soc，2013，38( 11) : 1977 ( 刘永杰，李忠辉，宋大钊，等． 煤体吸附瓦斯过程表面电位 · 524 ·