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...     

基于核磁共振技术的低阶煤储层孔隙特征研究

为了探究低阶煤储层孔径及有效孔隙度特征,有利于提高煤层气的开采效率,基于核磁共振试验,分析了煤储层的横向弛豫T2谱、微小孔孔径分布及有效孔隙度特征。结果表明:试验的低阶煤的横向弛豫T2谱存在3种峰的类型:单峰型、双峰型及三峰型,谱峰T2弛豫时间分别处在0.1~1.0 ms、10 ms左右以及70 ms处,得出了煤样主要以微小孔发育为主;计算出了试验的低阶煤的表面弛豫率为1.51×10~(-8) m/ms左右和微小孔孔径与T2弛豫时间的转换系数C为4.53×10~(-8)m/ms,进而得出微小孔孔径分布曲线;获得了有效孔隙度平均值为0.97%,认为有效孔隙度大小与固定碳含量呈正相关关系,与灰分及挥发分含量呈负相关关系,可断定该煤储层孔隙连通性较差,且有效孔隙度较低,不利于煤层气开采。     

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。     

基于核磁共振实验不同变质程度煤的孔隙结构研究

为研究高变质程度煤的孔隙结构,采用低场核磁共振试验系统,对5种不同变质程度的煤样进行低场核磁共振测试,得到常温常压下不同煤样的核磁孔隙参数,分析不同变质程度煤样孔隙结构的变化规律,结果表明:煤样总孔容与挥发分呈线性正相关关系;高变质程度煤样孔隙发育以微孔和小孔为主,且小孔孔占比越大,煤样核磁孔隙度越大、渗流能力越强,但孔隙度和渗透率随着微孔占比增加,表现出相反的变化趋势。     

基于核磁共振技术的石灰岩孔隙结构特征研究

在某石灰石矿的爆堆(前冲和断面)两个不同位置区域进行了具有代表性的取样,采用核磁共振技术对爆破后的石灰石矿块进行测量,得到它的横向弛豫时间T_2分布、测量结果,并对石灰石的孔隙结构特征进行了分析。研究表明:岩石颗粒粒度的不同,引起了岩石核磁共振弛豫特性的差异。1号区域的平均孔隙度为0.856 4%,2号区域的平均孔隙度为0.715 1%,核磁共振成像显示岩石的孔隙结构特征,为孔隙结构分析提供了可靠依据,同时,岩石核磁共振特征的变化规律也为岩石微观结构和岩石损伤机理研究提供了试验数据。     

基于核磁共振技术的煤体微观孔隙结构研究

为了了解煤样的微观孔隙结构特征,应用核磁共振技术(NMR)对煤样孔隙类型、连通性、孔径分布等特性进行分析,结合X射线衍射(XRD)和计算机断层(X-CT)扫描测试结果探究了煤样的物相组成、矿物质成分及表观形貌特征。结果表明:测试煤样含有多种矿物质成分,主要为高岭石、方解石和黄铁矿等,矿物质主要夹杂在煤样割理系统中;NMR测试的横向弛豫时间T2谱呈典型的三峰曲线,依照0.5~5 ms,5~100 ms,和100 ms的弛豫时间区间可将煤样内部孔隙类型对应为吸附孔、渗流孔和扩散孔;所测煤样的T2截止值在10~20 ms之间,表明具有高度发育的微观孔隙和较为发育的中孔结构;NMR的测试结果与CT扫描的三维可视化分析结果相吻合,证实样品具有较高的非均质性。NMR技术能较好弥补CT扫描在微孔观测中的不足,呈现出更为具体的煤样内部微观孔隙特征。     

核磁共振技术对热解煤孔隙结构分形特征研究

为研究煤经过热处理后孔隙结构的变化,通过低场核磁共振(NMR)技术,获得不同温度处理的煤岩横向弛豫时间,根据不同横向弛豫时间的信号强度分析了不同孔径的孔隙含量,进而得出孔隙特征随温度的变化规律.利用体视镜获得表面的微观照片,以Matlab数字图像处理法辅助观察煤岩表面变化过程与加热后的现象.对核磁数据进行了分形分析,获...     

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。     

煤系粘土岩电解改性的孔隙特征研究

对通辽煤矿煤系粘土岩进行不同电位梯度电化学处理,试验结果表明:随着电位梯度的升高,细泥增量显著降低,粘土岩泥化得到有效抑制。利用低温氮吸附法研究了电化学处理前后粘土岩的孔隙特征与比表面积的变化。研究发现:随着电位梯度增大,开放型孔隙先增加,后减小;各孔径孔容减小;比表面积和总孔容减小,平均孔径增大。当电位梯度为2.0 V/cm时,开放型孔隙最少,比表面积和总孔容分别降为原样品的7.86%和27.20%,平均孔径增幅为46.18%。因此,该电化学处理条件抑制泥化效果最好。     

干燥及饱和含水煤样超声波特征的实验研究

采用超声波透射法对无烟煤、焦煤和肥煤煤样在干燥及自然饱和吸水状态进行超声波测试实验,利用快速傅里叶变换对超声波信号进行了频谱分析,研究干燥及自然饱和吸水状态下煤样超声波特征。研究结果表明：在干燥或自然饱和吸水状态下,同种煤样的纵波波速相差较小;在干燥和自然饱和吸水两种状态下,无烟煤煤样纵波速度最大,肥煤纵波速度最小,焦煤介于两者之间,煤样纵波速度与其密度呈正相关、与孔隙率和变质程度呈负相关关系。焦煤和肥煤煤样在自然饱和吸水状态下纵波波速高于其在干燥状态下的纵波波速,无烟煤则相反;焦煤和肥煤煤样的纵波波速对水的敏感性大于无烟煤纵波波速对水的敏感性,这是由水分子在煤样孔隙中的运动形式决定的。煤样自然饱和吸水后,其主频率值有所下降,出现“频率漂移”的现象,使其能量多集中在低频部分;在煤样中传播的超声波信号的波速和主频率值能够反映煤样内部的孔隙、微裂隙等结构情况及其含水情况。     

酸液改性煤样吸附性能及分形特征研究北大核心

为了探讨酸化技术在煤层增透方面的应用,开展了酸化改性煤样瓦斯吸附性能及微观机理的研究。利用不同p H值的盐酸溶液制备了褐煤和焦煤的改性煤样共10组,分别开展了改性煤样及原煤煤样的工业分析、瓦斯吸附试验和低温氮吸附试验。瓦斯吸附试验结果表明:酸液改性能改变煤样的吸附性能,当p H值等于3时,改性煤样的吸附性能降低,其它改性煤样的吸附性能较原煤有所增加。分析低温氮吸附试验结果发现:酸液对不同煤阶的煤样作用的孔段不同,褐煤以10~100 nm的小孔为主,焦煤则以2~10 nm的微孔为主,pH值等于3的改性煤样比表面积减小、大于100 nm孔容增大;利用分形理论计算得到各组煤样的分形维数,焦煤微孔与褐煤小孔和中孔分形维数与瓦斯吸附常数a呈正相关;采用合适的酸液对煤进行改性,能改变煤的吸附性能同时增加煤的透气性。     

基于低温氮吸附法和压汞法的煤样孔隙研究

为了研究无烟煤的孔隙结构特征,采用压汞法和低温氮吸附法对寺河矿煤样进行孔隙特征研究,结果表明该煤样的低温氮吸附等温线接近Ⅰ型,煤中的微孔尤其是小于2 nm的孔构成煤层瓦斯的吸附空间;压汞曲线没有滞后环,多分布圆柱形孔和Ⅴ形孔,大孔、可见孔和裂隙比较发育,构成煤的渗透容积,有利于瓦斯流动,从而有利于瓦斯抽采。低温氮吸附法测试煤的比表面积比较优越,而压汞法测试煤的孔体积分布比较准确,因此将2种方法结合使用,可以更全面地分析无烟煤的孔隙结构。     

基于核磁共振的铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率的试验研究

为了研究不同掺合料及掺量铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率之间的关系,分别采用15%、20%和25%的粉煤灰、矿渣粉或矿渣粉+粉煤灰对铀尾砂进行固化处理。采用核磁共振技术测量固化体试样的孔隙特征,并采用RAD7测氡仪测量试样的累积氡浓度,得出不同固化体试样的氡析出率。结果表明,随着掺合料掺量增加,核磁共振T₂分布曲线向左偏移,峰值幅度降低,试样内部孔隙逐渐演化为小孔径孔隙;固化体试样的氡析出率与孔隙度均随掺合料掺量增加而逐渐降低,氡析出率与孔隙度之间呈正相关关系,25%掺量矿渣粉固化体试样的氡析出率与孔隙度最低,分别为0.136 Bq/(m²·s)和9.83%;掺量相同时,孔隙度与氡析出率最低的为矿渣粉固化体试样,其次为粉煤灰+矿渣粉固化体试样,最后为粉煤灰固化体试样。研究结果可为实际工程中的铀尾砂固化处理提供理论参考依据。     

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。     

不同pH值对酸化改性煤样瓦斯吸附特性的影响实验研究

为了探究选择合适的酸液对煤体进行改性增透,开展了不同pH值酸液改性煤样的吸附特性实验研究。通过采集焦煤煤样,制备了原煤及不同pH值酸化改性煤样8组试样,分别对试样进行了工业分析和物理参数测试,进而开展了等温瓦斯吸附实验。实验结果表明:相对于原煤试样而言,酸化改性在不改变煤样挥发分的情况下能减小煤样的灰分;改性试样的真密度与原煤煤样的真密度差别不大,而视密度都略有减小;随着压力的增大,改性煤样的瓦斯吸附能力明显大于原煤煤样,吸附常数a随着pH值的增大(pH=1除外)而减小,吸附常数b随着pH值的增大总体上呈减小趋势。研究表明:对于特定煤层选择合适的pH值溶液进行改性,可改变煤体的孔隙结构从而增加煤体的吸附能力,实现煤层增透效果。     

彬长矿区煤岩孔隙特征的实验研究

为了研究彬长矿区煤岩孔隙特征,采集彬长矿区大佛寺煤矿4#、4#煤层和胡家河煤矿4#煤层样品,通过肉眼挑选出宏观煤岩组分中的镜煤和暗煤,分别进行低温液氮吸附、扫描电镜实验。结果表明,大佛寺井田4#、4#煤层更有利于煤层气资源勘探开发;相对于镜煤而言,暗煤更有利于煤层气资源勘探开发。     

瓦斯菌群改性煤样工业分析试验研究

通过从泔水区土壤采集样品培养出甲烷氧化菌混合菌群,并利用所培养出来的菌液对含瓦斯的3种不同的煤样进行改性。将瓦斯菌改性煤样进行工业分析试验,分析试验结果发现:对比原煤样、培养液对比煤样,菌液改性煤样的挥发分有所增加;低灰分煤样降低效果有限,但对高灰分含量的煤样,瓦斯菌改性后其灰分有明显降低。研究结果表明,瓦斯菌对含瓦斯煤进行改性从一定程度上能提高煤的热值,起到增效作用。     

单轴加载过程煤样声发射及损伤特征实验研究

为了研究单轴加载过程煤样破裂声波响应特征,采集耿村矿煤样,采用煤岩加载系统和声发射采集系统,对煤样进行单轴加载过程声发射响应特征测试,并对加载过程声发射计数及损伤的响应特征进行了分析。结果显示:随加载进行,声发射参数及损伤响应呈现阶段性特征,并与煤样破坏之间具有较好的匹配性。因此,通过声发射参数的监测,可以对煤样变形、破坏特征进行分析与预测。     

成型煤样瓦斯渗流的实验研究

过制作圆柱型煤煤样并在自主研发的三轴瓦斯渗流系统中进行了一系列实验,模拟瓦斯在煤层中的流动,得出瓦斯在不同围压下的渗流系数。实验中瓦斯的流动近似为一维径向渗流,利用质量守恒定律建立连续性方程,并通过分析找出参数的理想情况与实际情况的对应关系,建立由实验所能测得参数组成的偏微分方程,把渗流系数代入上述方程并在一定条件下解出方程,发现在一维径向渗流情况下,瓦斯压力与渗流距离呈指数关系,即在实际采煤中通过钻孔卸压是较为安全且有效的措施。     

煤样标志性气体选择的实验研究

结合某矿采空区的发火现状对标志性气体选择进行了系统的实验研究,确定了CO,C2H4,C3H6,C3H8,C2H4/C2H6等气体在适当条件下可以作为该矿煤层自然发火的标志性气体。实验结果可以直接指导煤矿生产,从而减少采空区发火的次数和影响范围,降低由此而造成的人员伤亡、财产以及煤炭资源的损失。