基于滤饼孔隙结构调控的煤泥水分段过滤研究

为了解决煤泥水过滤速度慢、滤饼水分高和卸饼难的问题,基于滤饼孔隙结构的调控,提出了煤泥水分段过滤的工艺。利用煤泥水过滤装置和煤泥滤饼孔隙测量装置,研究了煤泥水分段过滤对滤饼水分、成饼时间、脱水速率和滤饼孔隙结构的影响。研究结果表明:与混合过滤相比,煤泥水分段过滤的滤饼水分低、成饼时间短和脱水速率大,且随着煤泥中-0.074 mm粒级含量的增加,煤泥水分段过滤对滤饼水分、成饼时间、脱水速率的影响先快速增加,达到最大后降低,影响最大的位置在-0.074 mm粒级含量20%~40%;煤泥水分段过滤减少了-0.074 mm粒级对大孔隙的填充,导致滤饼中孔径小于4μm的孔隙含量变化不大,孔径4~50μm的孔隙含量显著减少,孔径大于50μm的孔隙含量明显增大,滤饼的孔隙率增大。     

浓度和粒度对细粒煤滤饼结构影响的研究

为了研究浓度和粒度对细粒煤滤饼结构的影响,对不同条件下的细粒煤进行真空过滤脱水,并采用电子显微镜和计算机图像处理技术对形成的滤饼进行孔隙结构分析,得到滤饼的孔隙率和分形维数,结合过滤速度、滤饼水分和干滤饼密度分析滤饼结构对过滤脱水的影响规律。结果表明:随着煤浆浓度的增加,滤饼的孔隙率减小,从而使过滤速度减小,滤饼水分和密度增大。同一滤饼从底层到上表面,孔隙率减小,分形维数增大。同时物料粒度越细,滤饼分形维数越大,孔隙率越小,特别是当粒度为-0.045mm时,滤饼孔隙率只有5%左右,给细粒煤过滤脱水带来了很大的困难。     

基于分形特征的煤泥滤饼孔渗关系模型研究

建立滤饼复杂微观孔隙结构特征与宏观渗流行为的相关关系是解决煤泥脱水困难的重要基础。为了真实、精确、直观地表征滤饼孔隙结构特征并建立其孔-渗关系模型，选取煤泥复杂组分中的精煤、石英、高岭石和蒙脱石4种主要矿物为研究对象，分别对其进行加压过滤试验并对其滤饼样品进行CT扫描成像，构建三维数字滤饼并提取孔隙网络模型，最终实现了滤饼孔隙结构的三维显示和定量表征，深入对比分析了经典KC方程和双重分形渗透率模型在滤饼渗透率计算方面的局限性，基于分形理论、Hagen-Poiseulle定律和Darcy定律，结合低场核磁共振技术引入束缚水饱和度和孔隙形状分形维数，对现有分形渗透率模型进行修正，建立了滤饼微观渗透率预测模型，结果表明：煤泥滤饼中矿物成分非常复杂，各个矿物所形成的滤饼具有明显的特征差异，精煤和石英脱水效果最佳，精煤滤饼的孔径分布以大孔为主，但内部存在一定量的孤立小孔，连通性一般，孔隙迂曲度最低，石英滤饼孔隙率最大，连通性最高，但迂曲度较大；蒙脱石和高岭石所形成的滤饼，孔隙数量极少，而且多由10μm以下的细孔所组成，迂曲度较大，连通性也较差，脱水十分困难；煤泥滤饼以狭窄条状分布为主，且孔径较小...     

化学助滤剂对微细粒煤泥的助滤作用研究

以选煤厂<0.25mm微细粒煤泥为研究对象,考查了不同类型化学助滤剂的作用效果。研究结果表明:絮凝(凝聚)剂型助滤剂的作用以提高过滤速度为主,表面活性剂类助滤剂则以降低滤饼水分为主;不同药剂联合使用可使煤泥过滤效果得到显著改善,几种药剂组合均可使煤泥的过滤速度提高3～4倍,且滤饼水分低于空白值;絮团结构表征结果说明,絮团的分形维数越大,其结构越规则,煤泥的过滤速度越快。     

选煤厂煤泥压滤脱水研究

煤炭浮选过程中,滤饼水分严重影响了煤泥质量。为了降低滤饼水分含量,分析了加压过滤机入料的粒度组成,研究了不同压滤压力、压滤时间、入料浓度对煤泥水脱水效果的影响,并进行了压滤动力学分析。试验结果表明,加压过滤机入料中-0.074 mm粒级含量为70.42%,不利于煤泥水的脱水;煤泥水脱水速率随压滤压力增大而增大;在压滤压力为0.3 MPa、压滤时间为120 s、入料浓度为400 g/L的最佳条件下,滤饼水分可降至22.60%。此试验结果为选煤厂煤泥水压滤脱水工艺优化提供了数据支撑。     

基于显微CT技术的滤饼微观孔隙结构研究

通过真空过滤试验考察了颗粒粒度对过滤速度的影响,使用X射线计算机断层扫描技术获取滤饼的微观结构细节,分析颗粒性质对滤饼孔隙结构的影响,并对孔隙度、孔径分布、连通性、迂曲度等一系列关键孔隙结构参数进行了定量表征。结果表明:当平均粒径从10μm增加到60μm时,其过滤速度明显增大,滤饼多孔介质的孔隙率由41.15%增大到50.27%,孔隙平均直径从19.27μm增大到31.15μm。此外,入料颗粒粒度较细时,滤饼孔隙连通性较差,流体运移的路径明显减少,导致过滤脱水困难。而且随着颗粒粒度的增大,滤饼孔隙的迂曲度显著下降,滤液通过滤饼孔道的阻力也随之减小,从而改善过滤效果。     

入料组成对细粒煤泥浮选的影响

为了研究+0.074 mm粒级煤泥粒度与含量对-0.074 mm粒级煤泥浮选的影响规律,提高-0.074 mm粒级煤泥的分选精度。分别将0.5~0.25、0.25~0.125、0.125~0.074 mm 3种粒级煤泥按不同比例添加入-0.074 mm粒级煤泥中,并进行了浮选试验、泡沫稳定性试验、精煤水回收率试验,研究了浮选入料组成对浮选泡沫稳定性、精煤水回收率及-0.074 mm粒级煤泥浮选指标的影响规律。     

煤体多孔介质孔隙度的分形特征研究

煤体是一种多孔介质,其内部孔隙结构十分复杂,准确评价煤体的孔隙特征对研究瓦斯的吸附解吸和高效瓦斯抽采具有重要意义。根据分形理论,研究了一种描述多孔介质孔隙空间分布的随机分形模型,并根据其构造方法,建立了煤体多孔介质孔隙度和分形维数之间的关系。通过压汞实验,验证了分形模型的正确性。对煤体多孔介质孔隙度进行了分形描述,结果表明：分形维数决定了孔隙度,分形维数越大,孔隙度越小;观测尺度越小,孔隙度越大,同一阶次孔隙平均直径越小,孔隙度越小,同一阶次孔隙数量越少,孔隙度越小;相同孔隙度条件下的孔径分布不尽相同,这也导致了瓦斯流动和吸附解吸规律的不同。因此,煤体多孔介质的分形维数反映了煤体内部孔径分布特征,对研究煤体孔隙类型和探讨煤层内瓦斯流动有重要意义。     

煤体孔隙结构及分形特征的实验研究

采用低温氮吸附实验测定6种煤样的孔隙参数及等温吸附曲线,研究煤样孔隙表面分维数与孔隙参数之间的关系。采用FHH模型计算各煤样的孔隙表面分形维数。结果表明:表面分维数能够较好地表征孔隙结构的非均质性及复杂性;分形维数越大,孔隙结构越复杂、孔隙表面越不规则。     

低阶煤孔隙结构对瓦斯吸附特性影响的试验研究

为揭示低阶煤孔隙结构对瓦斯吸附性能的影响,选取新疆准南煤田9个典型矿井低阶煤样,进行低温氮吸附及瓦斯等温吸附试验,研究低阶煤的吸附孔特征参数及其与瓦斯吸附参数之间的关系。结果表明:试验范围内,准南煤田低阶煤等温吸附瓦斯曲线仍可用Langmuir方程表征;低阶煤的平均孔径越大,孔隙间的作用力越小,体积吸附常数、瓦斯吸附量越小,压力吸附常数、吸附饱和度越大;随着煤的比表面积、孔容及各孔径下的比表面积和孔容含量的增大,体积吸附常数、瓦斯吸附量增大,而压力吸附常数、吸附饱和度减小;在研究尺度范围内孔隙分形特征显著,体积吸附常数、瓦斯吸附量与分形维数呈正线性关系,压力吸附常数、吸附饱和度与分形维数呈负线性关系。     

基于低温氮吸附法的酸化煤样孔隙分形特征研究

为研究并改善富含矿物质煤体孔隙结构特征,基于X射线衍射和低温氮吸附实验测试了贫瘦煤酸化前后碳酸盐矿物质含量及孔隙结构参数,并根据孔隙分形理论利用FHH模型求得了酸化前后不同孔段的分形维数。结果表明:酸化可以有效溶解煤体孔隙中的矿物质并溶蚀煤基质,减少煤体孔隙中微孔所占比例,增加中孔和大孔的比例,增强了孔隙结构之间的连通性,同时减少了煤的比表面积,有利于吸附态瓦斯向游离态进行转化;煤样低压段分形维数大于中高压段的分形维数,煤体孔隙中微孔结构较中孔大孔结构更加复杂,煤样经酸化后孔隙分形维数变小,煤样孔隙结构趋于简单化。     

基于压汞法的煤岩各段孔隙的分形特征

采用压汞法对大同和屯留煤样进行微结构测试。根据煤岩孔隙不同半径范围内累积孔隙体积分数所占的比例大小对孔隙进行了大小分类。结合孔隙结构分形维数计算原理,通过线性回归计算了各类孔隙的分形维数。结果表明用分段回归方法计算煤中不同孔隙的分形维数能较好地反映复杂的孔隙结构。小孔分维数较小,中孔和大孔分维数较大,说明中孔和大孔孔隙结构很不均匀,煤岩孔隙在这个阶段的分布离散性较大。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

2种氧化剂对贫煤孔隙特性影响的对比研究

为探讨过硫酸铵与二氧化氯对贫煤孔隙特征的影响,优选出更加适合贫煤储层改造的氧化剂,对采集自大平矿与告成矿的贫煤煤样进行压汞实验,分析讨论了过硫酸铵与二氧化氯对煤样孔隙度、分形维数和排驱压力等储层基本特征参数以及孔体积、比表面积及其分布的影响。结果表明,二氧化氯能够有效提高煤储层的孔隙度,减小其孔比表面积及分形维数,过硫酸铵则可能导致煤储层总体孔隙度降低,减小孔比表面积,增大其分形维数。二氧化氯与过硫酸铵作用后,煤样大孔孔体积所占比例增加,中、小及微孔体积比例减小,使孔隙分布更加均匀,各类孔比表面积分布变化不大。因此,二氧化氯与过硫酸铵均能够对贫煤储层进行氧化刻蚀,降低其亲甲烷能力,而二氧化氯对煤层气解吸运移的促进作用要优于过硫酸铵。     

基于低场核磁共振技术的酸化煤样孔隙特征研究

为研究酸化作用后煤体的孔隙结构特征,采用低场核磁共振技术和X射线衍射实验方法,测试了高阶煤自然煤样和酸化煤样的孔隙结构和矿物含量,并根据分形理论对比研究了2种煤样孔隙的分形维数,探讨了酸化作用原理.研究结果表明:自然煤样和酸化煤样中微孔和过渡孔都占较大的比例;煤样酸化后,其孔隙率增大,最小孔径和最大孔径都变大;酸化作用...     

煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响

煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。