构造煤与原生结构煤孔隙结构及瓦斯解吸特征对比研究

为了研究构造煤的孔隙结构对瓦斯解吸特征的影响,选取了发耳煤矿和青龙煤矿的煤样,进行了压汞试验和瓦斯解吸试验,对构造煤和原生结构煤的孔隙结构及解吸特征进行了对比分析,结果表明:原生结构煤中的大孔和中孔的孔容含量约占总孔容的12.81%～12.19%,构造煤中的大孔和中孔的孔容含量约占总孔容的69.85%～82.15%,原生结构煤和构造煤的孔比表面积占比较高的都是微孔和小孔,表明构造煤结构变化主要体现在大孔和中孔的孔容占比增加;构造煤的初期瓦斯解吸速度和瓦斯解吸量明显大于原生结构煤,主要原因是构造煤的大孔和中孔的孔容含量增加,使瓦斯有了更多的渗流通道和储存空间,增加了瓦斯解吸速度。     

构造煤与原生结构煤孔隙特征及瓦斯解吸规律试验

为了研究卧龙湖矿8煤层构造煤与原生结构煤孔隙特征及瓦斯解吸规律,分别采用压汞法和解吸试验对4组煤样进行试验研究。试验结果表明:构造煤中孔和大孔孔容所占比例高于原生结构煤,构造作用对煤的中孔和大孔有明显的改造效果,而且可能产生新的微孔和小孔;构造煤微孔和小孔的比表面积和分别占总比表面积的98.85%和98.74%,原生结构煤微孔和小孔的比表面积和分别占总比表面积的99.52%和99.37%,表明微孔和小孔决定煤的比表面积,构成煤层瓦斯的主要吸附空间;同时构造煤瓦斯解吸能力显著强于相同煤阶的原生结构煤,原因在于构造煤含有较多的中孔和大孔,为瓦斯的运移提供了通道。构造作用对煤的孔隙结构改造进而影响煤的解吸性能,增加了煤与瓦斯突出的危险性。     

突出孔洞构造煤与原生结构煤瓦斯吸附特性对比研究

为研究突出孔洞构造煤与原生结构煤孔隙特征对瓦斯吸附特性的影响,以三甲煤矿突出孔洞构造煤和原生结构煤为研究对象,运用压汞和液氮吸附实验相结合的方法对不同结构煤体孔隙结构进行研究;结合Menger几何模型分析不同结构煤体孔隙分形特征,进一步阐述孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特征的影响。结果表明:原生结构煤与突出孔洞构造煤均存在滞后环,且突出孔洞构造煤的滞后环明显大于原生结构煤的滞后环;突出孔洞构造煤分形维数大于原生结构煤,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度比原生结构煤高,突出孔洞构造煤孔隙复杂程度为瓦斯的吸附准备了良好条件;突出孔洞构造煤整体孔隙发育情况比原生结构煤要好,微孔、小孔阶段孔隙发育情况远大于原生结构煤。     

原生煤与构造煤孔隙结构的压力响应特征

为模拟原生煤和构造煤在煤层中的加压和解吸后的性能,实验选取原生煤赵庄3#原生煤和阳泉二矿8#煤构造煤,利用BSD-PH全自动高压气体吸附分析仪进行甲烷气体逐梯次加压到10 MPa,然后开始解吸甲烷气体到大气压,再抽真空处理。处理后的样品,利用Tristar II比表面仪进行低温氮实验研究煤孔隙结构。结果表明：（1）原生煤和构造煤在加压后,均发生孔隙结构变化,原生煤比构造煤的抗压能力强。（2）加压后,原生煤和构造煤最可几孔径均有往后移动的趋势,表明压力会影响孔径大小。（3）原生煤吸附性能较好,构造煤吸附性能稍次,甲烷解吸后,原生煤孔隙结构影响较小,构造煤孔隙结构易受到破坏。研究成果可为构造煤层气开采及煤矿瓦斯突出防控提供一定的依据。     

黔西北构造煤与原生结构煤孔隙结构对吸解特性影响实验研究

以黔西北青龙煤矿和小屯煤矿的构造煤和原生结构煤为研究对象,利用全自动氮吸附仪分别测得煤样的液氮等温吸解曲线。根据BJH法分别绘制了煤样的孔径分布图,对比了构造煤和原生结构煤孔隙结构对吸解特性的影响。结果表明:构造煤的BET比表面积、孔容均大于原生结构煤,构造煤的孔直径小于原生结构煤;在相同压力条件下,构造煤的解吸量与吸附量之差明显大于原生结构煤;构造煤的解吸量和解吸速度均大于原生结构煤;构造煤和原生结构煤的等温吸附线均具有Ⅱ类等温吸附线的特征;在相对压力约为0.4~0.5时,构造煤与原生结构煤解吸曲线均出现一个较大的拐点;构造煤与原生结构煤吸附与解吸均出现"滞后"现象,且构造煤脱附时很难达到吸附起始点,构造煤比原生结构煤存在更多"墨水瓶"型微孔;构造煤的微孔主要集中在2~3nm左右,原生结构煤的微孔主要集中在4 nm左右;黔西北煤的解吸空间主要集中在大于3~4 nm的微孔孔隙。     

山阳井田构造煤与原生结构煤的孔隙特征差异

为了研究山阳井田构造煤与原生结构煤的孔隙特征差异,对山阳井田构造煤与原生结构煤样品分别进行压汞、低温液氮吸附、扫描电镜等实验,结果表明与原生结构煤相比,构造煤的孔隙度、孔容、比表面积增大,其中大孔孔容、比表面积减少,中孔、小孔及微孔孔容、比表面积增大;构造作用促使构造煤中的惰质组破裂产生角砾,外形多呈不规则,尖角直棱,角砾之间没有位移或位移量很小,角砾孔多为大孔级孔隙,角砾孔大小以2μm左右居多,且连通性较好,相对有利于煤层气资源勘探开发。     

高阶原生煤与构造煤的孔隙及分形特征研究

为了研究高阶原生煤和构造煤的孔隙结构与分形特征,采用压汞法、低压N₂吸附法和低压CO₂吸附法对所选的煤样进行了研究,比较了原生煤与构造煤之间的孔径分布、孔容和比表面积、孔型和连通性以及分形维数差异。结果表明：构造煤以开放型孔为主,并比原生煤具有更好的连通性;原生煤和构造煤二者的Dubinin-Radushkevic(D-R)和微孔比表面积之和都占到了总比表面积的99%以上,从而为瓦斯的吸附提供了更多的空间;构造煤较大的孔容和比表面积造成其高瓦斯含量的特征;构造煤渗流孔孔隙简单,吸附孔孔隙结构复杂性较低,孔隙表面相对光滑,提高了瓦斯在孔隙中的运移能力。     

安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性实验研究

为研究安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性,在大众矿、龙山矿和贺驼矿分别采取2个（共6个）煤样。采用工业分析、高压吸附试验和瓦斯解吸试验等方法分析煤样的多元物性参数。运用球形扩散模型,采用Origin软件拟合解吸数据,计算出瓦斯扩散系数。结果表明,大众矿、龙山矿和贺驼矿煤样的挥发分分别为20.16%,12.10%和19.01%,变质程度由高到低为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;大众、龙山和贺驼煤样的吸附常数a分别为37.26,52.36,41.30 m³/t,瓦斯吸附能力由大到小为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;龙山矿、大众矿和贺驼矿煤样扩散系数分别为9.567 5×10^-10,5.294 3×10^-10,2.384 7×10^-10 m²/s,瓦斯扩散能力由大到小为:龙山矿>大众矿>贺驼矿。表明龙山构造煤瓦斯吸附和扩散能力最强,煤与瓦斯突出危险性最大。     

构造煤与原生结构煤吸附放散特征研究

本文研究了5对矿井的两种煤样的吸附与放散特性。吸附实验发现构造煤与原生结构煤相比吸附量有所增加,但增加幅度不大,且这种变化的幅度随着变质程度降低而逐渐变大。构造煤煤样的Langmuir吸附常数"a"值均比原生结构煤较大,变化幅度约为1%~4%,而"b"值却没有明显的变化规律。对比原生结构煤与构造煤的煤体表面吸附自由能估算结果得知大部分构造煤样的比表面自由能有所提高,吸附的表面活性增大。瓦斯放散实验发现,构造煤的瓦斯放散初速度变化相对较大,除麒麟矿外,变化幅度在14%~25%之间。这说明构造煤具有更强的放散瓦斯能力。在长期的地质应力作用下,构造煤煤体更加破碎,不仅吸附能力得到了一定的提高,瓦斯能更加顺利的放散。这也是地质构造带具有更大的瓦斯突出危险性的一个原因。     

松藻矿区原生结构煤与构造煤物性差异研究

为了研究重庆松藻矿区原生结构煤与构造煤的物性差异,采用压汞法、等温吸附实验等研究了不同煤体结构煤物性差异。结果表明:随着煤破坏程度增加,真密度、孔隙度、水分M_(ad)、灰分A_d、挥发分V_d均呈先减小后增大趋势,碎裂煤最小;构造作用对煤的不同孔径容积均有影响,总孔容呈降低趋势,但均以微孔为主;原生结构煤以开放孔为主,连通性好;构造煤存在半封闭孔隙(墨水瓶孔),连通性差;与原生结构煤和碎粒煤相比,碎裂煤吸附量较低。     

构造煤结构与瓦斯突出

采用有机溶剂萃取和煤成烃热模拟实验，对煤层受构造应力作用时的煤结构变化及构造煤的生烃特征进行研究.结果表明：构造煤的正己烷、苯萃取率与原生结构煤基本相近，而氯仿萃取率是原生结构煤的2倍多，构造煤含有很高的氯仿可溶低分子化合物；构造煤分子间的作用力小，决定了构造煤强度低和吸附性能高，从而控制了煤与瓦斯突出灾害的发生；煤的氯仿萃取率可以作为预测煤与瓦斯突出的指标.构造煤生烃潜力小，反映在构造应力作用下，曾经生过烃（瓦斯）.在构造应力作用下，煤中的有机质超前向两个方向演化，一方面聚合形成更大的高芳构化的大分子结构，另一方面则形成低分子化合物和气态烃（瓦斯）.     

瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式

根据气体在多孔介质中的扩散模式,结合煤结构的实际特点,分析了瓦斯气体在煤孔隙中的扩散机理,得出瓦斯在煤体中有以下几种扩散模式：菲克型扩散、诺森扩散、过渡扩散、表面扩散和晶体扩散,并分析了煤层中影响瓦斯扩散的因素和各种扩散模式的适用条件。     

煤的孔隙结构与煤层瓦斯动力特性的关系

本文根据苏联、英国关于煤及共生岩层的孔隙结构、吸附能力、吸附动力特性的物理化学研究的最新观点对煤及共生岩层甲烷涌出过程进行了解释。通过实验室及现场研究对煤层的地质环境特别是地质构造破坏程度、成灰物质分布对煤及共生岩层的瓦斯动力特性的影响进行了考察。同时,对伴随瓦斯涌出而产生的温度效应也进行了讨论。实验结果表明:试样中的灰分含量决定试样的吸附能力,甲烷涌出速度取决于试样中单位体积大孔隙数量及其分布。证实了用未配对电子浓度(顺磁中心)表示的煤分子破坏程度与煤的吸附动力特性存在密切的关系。同时表明:试样的这些特征与深孔甲烷涌出速度、煤层钻孔孔壁温降等现象有关。当煤层垂直方向、水平方向的地质构造变化时,在短距离内煤层的上述特性会出现较大变化,因而,它们可以用来确定破坏区内煤层突出危险性及瓦斯涌出量大小。     

构造煤的孔隙结构实验研究

通过对不同煤体结构的低温氮吸附实验发现,各孔径段的孔容比与比表面积比是不对应的,特别是微孔的孔容较小,但是比表面积较大。与原生结构煤相比,共生构造煤在各阶段孔容和比表面积都有所增加。煤储层孔隙是瓦斯的主要聚集场所,而且也是其运移通道;孔隙结构不仅制约着煤体的瓦斯含量,而且对解吸和扩散也有重要影响。     

基于分形维数的原生煤与构造煤孔隙结构特征分析

以大宁煤矿3 #煤层的原生煤和构造煤为研究对象,以压汞实验结构为基础并结合分形维数理论,对原生煤和构造煤的孔隙结构特征进行了对比分析,研究发现:构造煤的进汞总量是原生煤的3倍左右;原生煤无滞后回线,孔隙形态主要以管状或者平板型孔为主;构造煤有明显滞后回线,孔隙形态以“墨水瓶”似的孔为主;原生煤只有一个突破压力,构造煤却有两个;原生煤分形维数特征关系曲线存在着一个突变点,而构造煤则存在两个突变点.综上可知,构造煤内孔隙结构更复杂、连通性更差,瓦斯更难运移,并且更容易遭受破坏.     

山阳井田粉煤与原生结构煤孔隙特征对比研究

采集山阳井田5#原生结构煤与粉煤样品,分别进行扫描电镜、压汞实验、低温液氮吸附实验,对2种煤的孔隙特征进行对比研究。研究表明:中孔孔容比增长最快、小孔次之,微孔孔容比减小;微孔比表面积比增加,小孔和中孔比表面积比减小,有利于煤层气的吸附与储存;构造作用破坏了小孔与中孔的半开放性,使其孔结构变为开放性孔,同时也使一部分孔封闭成为"死孔隙",增加了孔隙结构的复杂性,但粉煤显微构造发育,附加微裂隙多,气体通道连通性强,同时变质气孔发育,导致渗流孔隙显著恢复,一定程度上提高煤储层的透气性,改善煤层孔隙的连通性。     

构造煤多尺度孔隙中瓦斯扩散的动扩散系数新模型

针对原生煤和构造煤2类煤种的瓦斯扩散进行对比实验,结果表明:与原生煤相比,构造煤的瓦斯扩散率前期增加更加迅速,后期衰减也更加迅速;构造煤的全过程扩散率一直大于原生煤。实验发现,扩散系数是随时间增大而逐渐衰减的变量,为此提出动扩散系数的表达式,建立了动扩散系数新扩散模型。通过验证,新扩散模型对不同煤种的构造煤瓦斯扩散全程能够准确描述,拟合精度均高于经典模型,表明新扩散模型更加精确、适用范围更广泛。     

构造煤的瓦斯放散特征及孔隙结构微观解释

采用恒温煤粒瓦斯放散试验方法,研究了构造煤和原生煤瓦斯放散过程的差异性,结果表明构造煤在瓦斯放散初始1 min的瓦斯解吸量是原生煤的2.15~4.06倍,构造煤趋近极限瓦斯解吸量所需时间不足原生煤所需时间的25%,原生煤的极限瓦斯解吸量略高于构造煤,构造煤与原生煤对典型瓦斯放散数学表达式的适用性存在很大不同。为解释试验结果,采用压汞法和低温氮吸附法对煤的孔隙结构进行测试,分析得到中孔及大孔分布是导致构造煤和原生煤瓦斯放散特征差异的主要因素,大分子结构等其他因素对瓦斯放散特征的影响有待于进一步研究。     

原生结构煤与共生的构造煤物性差异

为了研究原生结构煤及与其共生的构造煤之间的物性差异,对沁水盆地某矿的3#煤层的3个分层分别进行了孔隙率、孔径分布、比表面积及吸附常数测定。结果表明:随着煤破坏程度增加,煤的真、视密度和孔隙率变大,挥发分减少,变质程度加深;构造作用对煤的渗透容积影响较大,对吸附容积影响较小;煤比表面积以吸附孔占绝对优势,受构造作用影响较小;随着煤破坏程度加深,吸附常数a、b值增加。     

构造煤纳米级孔隙与瓦斯吸附能力关系研究

采用低温液氮实验对研究构造煤的纳米级孔隙结构特征,并利用等温吸附实验解释构造煤纳米孔隙与瓦斯吸附能力的关系。研究结果表明:3种煤样不同孔径孔容和比表面积都有所增加,约在50 nm孔径出现峰值,得出纳米孔隙是煤对瓦斯吸附强度的决定因素。相对于原煤,构造煤吸附瓦斯量略有增加,相对于同层共生原煤,构造煤吸附能力的变化主要取决于纳米级孔隙的变化,其纳米级孔隙微孔的比表面积是影响瓦斯吸附量的主要因素。