甲烷浓度对间接法测定煤层瓦斯含量的影响

大量实测资料表明煤层瓦斯的组分中,除CH4外尚含有一定比例的N2和CO2。在间接法测定煤层瓦斯含量时,由于使用的是煤对纯CH4吸附实验所测定的吸附常数,因此在瓦斯组分中CH4浓度较低的情况下,间接法计算的煤层瓦斯含量会出现一定误差,而且CH4浓度愈低造成的误差愈大。对多组分气体的吸附情况进行了讨论,并提出了校正吸附瓦斯总量的计算方法。     

煤中二元气体竞争吸附与置换解吸的差异性及其置换规律

煤对气体的吸附有强弱之分,多元气体之间存在竞争吸附和置换解吸。他们之间会不会因为气体进入的先后顺序不同而产生差异呢?为此进行了煤对CH4-CO2混合气体的竞争吸附和CO2置换煤中CH4的置换吸附对比实验。实验表明,煤对CH4-CO2二元气体的竞争吸附与置换解吸结果是一致的,理论分析表明煤对气体的吸附解吸与气体进入煤体先后顺序和过程无关,只与吸附前后的状态有关。气体置换煤中CH4的规律为:混合气体中强吸附性气体含量越大,置换效率越高;置换压力越大置换效率越高。最后对煤层注气措施提出了建议:应先将煤层瓦斯压力降到安全范围再实施注气措施。     

煤层对CO2、CH4和N2吸附/解吸规律研究

针对目前我国煤层气开发中存在的产气率低、煤层气开采理论规律研究欠缺等问题,根据试验对比分析了不同温度15、20、25、30℃时,CO2、CH4和N2在煤岩中的吸附／解吸规律。试验结果表明,当温度升高时,气体分子的平均自由程越大,气体吸附量变小;对同一种煤介,当压力相同时,临界温度高的气体,具有较强的吸附能力,煤层对CO2、CH4和N2吸附能力依次下降;压力升高时,煤层对气体的吸附量变大;降压解吸过程存在解吸滞后现象,温度降低显著,这与吸附、解吸表达式和吸热反应有关。     

分析组分对间接法测定煤层瓦斯压力的影响

当煤层瓦斯中的CH4浓度低于80%时,用朗格缪尔气体吸附方程间接测定煤层瓦斯压力可能出现一定误差,因此在进行煤层瓦斯压力计算时,将煤层瓦斯的多组分气体折算成CH4气体来计算瓦斯压力,结果表明:这种校正后间接测定的瓦斯压力误差平均为0.08 MPa,而不直接进行校正测定的平均误差为0.12 MPa,经校正后间接测定的误差可满足实际使用的要求。     

煤吸附解吸CO2变形特征的试验研究

无商业开采价值的煤层被认为是理想的CO2储存场所,煤吸附解吸CO2的变形特征是煤中CO2封存的重要问题。利用煤体吸附-解吸变形试验系统,在预定压力的CO2气体环境下,对取自赵各庄煤矿9号煤层煤样的轴向应变和径向应变进行了近600 h的观测,研究煤样在不同气体压力下吸附、解吸CO2的变形特征。实验结果显示：煤样吸附/解吸CO2产生的膨胀/收缩变形,煤样吸附变形需要12 h甚至更长时间才能趋于稳定,原煤样品的吸附解吸变形呈各向异性;经历了吸附和解吸CO2的煤样均有不同程度的残余变形,气体压力低于1.5 MPa时残余体积应变低于0.6×10-3,可近似认为煤样吸附解吸变形过程可逆。通过煤样吸附解吸变形实验数据的拟合发现,Langmuir方程可反映煤样吸附解吸CO2变形随气体压力的变化规律。     

不同压力及氧环境条件下微生物降解煤层瓦斯实验研究

为了保障甲烷氧化细菌生物反应降解煤层瓦斯实验的顺利进行,自主研发了高压气体混合装置,研究了在不同压力及有氧、无氧条件下,甲烷氧化细菌降解煤层瓦斯的规律和对煤吸附瓦斯性能的综合影响。通过对实验前后CH4和CO2的变化量进行检测、对比和分析,发现在1~5 MPa压力范围内,压力越大越有利于甲烷氧化细菌对煤层瓦斯的降解;压力相同时,有氧环境下的CH4减少量明显多于无氧环境下的CH4减少量。     

煤层处置二氧化碳模拟实验研究

为了研究CO2在煤层中的储存能力与置换驱替CH4特性,利用沁水煤田潞安矿区3号煤层大尺寸(100 mm×100 mm×200 mm)煤样,在确定应力约束条件下,开展了CO2在煤体中的吸附特性与其在含甲烷煤试样中的驱替实验,并对含甲烷煤和不含甲烷煤中CO2的储存特性做了对比分析。结果表明:在模拟真实地应力(围压=轴压=8 MPa)条件与0.5 MPa注入压力作用下,180min内试验煤样中储存CO2量达11.03 L,CO2在测试煤体中的渗透率随其吸附量的增加而减小;在既定的地应力条件和近于14.93 cm3/g煤层平均瓦斯含量条件下,当CO2注入压力由0.5 MPa提高到1.0 MPa时,CO2在试验煤体中的储存量可提高93.00%、储存率提高13.50%、相应CH4的解吸量提高了18.13%;在实验初期,CH4的解吸量高于CO2的吸附量,随注入过程的持续,煤体中CH4的解吸量逐渐趋于平缓且远小于CO2的吸附量;同等条件下,含CH4煤比不含CH4煤可多储存59.29%的CO2,储存率提高了12.51%。     

煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

〖HT5H〗摘〓要：〖HT5K〗实验室研究了山西阳泉无烟煤在30 ℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于225 MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16 h后距离2 m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由9729%减小到7966%,氮气浓度由080%增加到1319%,煤层瓦斯含量由977 cm3/g减少到868 cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。     

碳纤维分子筛吸附分离瓦斯组分的分子模拟研究

以楔状狭缝作为碳纤维分子筛的孔结构模型,采用GCMC法模拟了CH4、N2、CO2及其多相混合物在碳纤维分子筛上的吸附行为。探讨了单组分、双组分和三组分模拟气体在模型材料上的模拟吸附量随吸附压力的变化规律及吸附、分离特征。最大吸附压力下,3种组分在吸附材料上的最大吸附量分别为10.5、7.8、14.6mmol/g;CO2/N2、CH4/CO2和CH4/N2的最大分离系数分别为18.55、4.8和3.5。当输入气体摩尔浓度为1∶1∶1时,经碳纤维分子筛吸附分离后,CO2在吸附相中得到较好浓缩,而CH4和N2则在流动相中富集。     

沁水盆地北部太原组煤层气碳同位素特征及成因探讨

为了研究沁水盆地北部寺家庄太原组煤层甲烷 (CH 4)及二氧化碳(CO 2)的成因,对11口煤层气井排采气进行了化学组分和同位素测试,探讨了煤层CH 4及CO 2的成因及联系。结果表明：沁水盆地北部煤层CH 4平均体积分数为98.6%,CO 2为0.25%,N 2为1.07%;煤层CH 4碳同位素值介于-33.2‰~-40.8‰,平均值为-37.1‰,以煤热裂解成因为主,含有微生物CO 2还原成因CH 4,属于混合成因煤层气。沁北煤层CH 4碳同位素分馏起主导作用的是解吸-扩散-运移作用,储层浅部压力小,含轻碳同位素的CH 4优先解吸,经扩散运移至上部地层进而逸散到大气中。煤层CO 2的δ13C值为-15.9‰~+0.05‰,平均值为-8.6‰,为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生,碳同位素较重的地方受地下水或微生物CO 2还原作用影响。煤层CO 2碳同位素随煤层埋藏变浅而变重,浅部煤层微生物CO 2还原作用强,使CO 2碳同位素变重。     

主动式测压瓦斯压降曲线的影响因素分析

分析了测压气室长度、煤层透气性系数及注入测压气室内的气体种类对瓦斯压降曲线的影响,通过现场试验表明,测压气室长度越短,瓦斯压力曲线下降的越快,曲线稳定所需的时间越短;煤层的透气性系数越小,瓦斯压力曲线下降的越慢,瓦斯压力达到平衡所需的时间越长;测压气室内注入CO2气体瓦斯压降速率要大于注入N2时的速率。通过对各影响因素进行分析,能够为现场测压提供理论依据,从而提高工作效率。     

采动条件下煤层瓦斯赋存状态变化以及CH_4对煤体温度的影响

采动条件下,尤其是在深部开采的条件下,采动引起煤层赋存状态的变化,自然引起煤中瓦斯赋存状态的变化。在煤层赋存的瓦斯量中,通常吸附瓦斯量占80%~90%。随着瓦斯压力的增大,瓦斯含量也相应地升高。相应的在相同的瓦斯压力下,随着温度的升高,瓦斯含量降低。在瓦斯压力比较低时,吸附瓦斯量占绝大部分;随着瓦斯压力的增大,吸附瓦斯量渐趋饱和,而游离瓦斯所占的比例则逐渐提高。在深部地层中,当瓦斯压力较高时,煤层和岩层孔隙中所含有的游离瓦斯量往往可以达到相当大的数值。而随着煤中游离瓦斯含量的增加,CH4和CO2(主要是CH4)对煤体的升温起到了促进作用,增大了煤体发生自燃的可能性。分析结果对我国井工深部开采瓦斯管理具有理论指导意义。     

存储式电子压力计在瓦斯压力测定中的应用

煤层瓦斯压力的准确测定可以为矿企制定合理有效的瓦斯灾害防治措施提供依据,为了提高井下煤层瓦斯压力直接测试时的测定精度,分析当前煤层瓦斯压力测定的几种方法,认为通过观测压力表变化而确定煤层瓦斯压力时,存在压力表精度不够、观测费时费力、读数误差大等问题。将存储式电子压力计应用于井下瓦斯压力实测,解决了压力表在测压工作中的不足,存储式电子压力计在瓦斯压力测定中具有精准性、连续性、抗震性和便捷性等优点。     

注浆封孔测压法测定煤层瓦斯压力的实践

对于煤层瓦斯涌出量、煤层瓦斯含量,起决定性作用的是瓦斯压力,也是煤层的瓦斯涌出与赋存的基本参数之一。针对五虎山煤矿9#煤层瓦斯压力利用注浆封控测压法进行现场测定,并对测试结果研究分析,同时对于测定瓦斯抽放和瓦斯涌出量的合理设计提供了科学依据。     

二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能研究

对同一个煤样分别充入不同压力的二氧化碳/甲烷/氮气进行初始释放瓦斯膨胀能测定试验,研究二氧化碳/甲烷/氮气条件下煤样的初始释放瓦斯膨胀能与瓦斯压力的关系,并分析二氧化碳/甲烷/氮气条件下的煤层突出危险性。结果表明:对于同种气体,煤样的初始释放瓦斯膨胀能与吸附平衡压力均成正相关关系,吸附平衡压力越大,煤样的初始释放瓦斯膨胀能越大,煤层突出危险性越大;对于不同气体,在吸附平衡压力相等的情况下,充二氧化碳的煤样具有较大的初始释放瓦斯膨胀能,突出危险性较大,充甲烷的次之,充氮气的最小。这一结论可以为解释煤矿现场突出和实验室突出模拟过程中的一些现象提供重要的依据。     

采动煤层瓦斯充分卸压应力判别指标理论研究

针对高瓦斯低透气性煤层群瓦斯卸压抽采时,瓦斯充分卸压范围的确定问题,运用断裂损伤力学理论,分析了煤岩层卸压过程中应力应变关系,提出以应力卸压比（卸压后应力值/原岩应力值）作为煤层是否充分卸压的判别指标;并结合阳泉矿区高瓦斯煤层赋存条件,对应力卸压比作为判别指标的可行性以及煤层充分卸压时应力卸压比的影响因素进行了研究。结果表明：阳泉三矿3号煤理论计算充分卸压时卸压比为0.445,与实际吻合。充分卸压时的应力卸压比与被保护煤层埋深有关,埋深越大,卸压比越小;埋深100～500 m时,应力卸压比变化较大,而埋深大于500 m时,应力卸压比变化缓慢。     

觉光寺煤矿21（2）采区煤层瓦斯压力测定

应用MT/T638-1996煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法对区域的煤层瓦斯压力进行测定,测定的压力数值作为区域预测的一个重要参数,确定区域突出危险性程度,从而指导防突工作的落实,确保安全生产.     

宏松煤矿M_(17)煤层瓦斯压力测定及分析

根据宏松煤矿地质构造和开采标高,划定了M17煤层的测定范围,介绍了测压方法的选择、测压地点的确定,并对影响压力大小的因素进行了分析。在测定范围内准确有效的测定出了M17煤层的瓦斯压力,为宏松煤矿M17煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定提供了重要参数。     

煤层瓦斯压力测定技术的实践

针对平沟煤矿9#煤层瓦斯浓度超标状况,采用注浆封孔测压法进行煤层瓦斯压力测定,通过瓦斯压力梯度计算,为合理地选择瓦斯抽放方法提供了依据,有效地治理了工作面上隅角的瓦斯,确保了工作面的安全生产。