高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验

以北皂矿的褐煤、蔡园矿的气煤、西曲矿的焦煤和古汉山矿的无烟煤作为研究煤样,模拟深部煤层的实际温度、压力和水分含量条件,进行高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验.实验结果表明：褐煤的朗格缪尔体积(VL)随温度的升高而减小;焦煤的朗格缪尔体积随温度的升高而增大;气煤和无烟煤的朗格缪尔体积随温度的升高先增大,后减小。研究表明：煤层埋藏深度增加,温度增高,吸附量减小;温度增高,平衡水分含量降低;平衡水分含量降低,吸附量增大.高温高压平衡水条件下煤吸附CH4的实验结果表现的特性是由于压力、温度和水分对煤吸附的综合作用的结果.在开展深部煤层等温吸附实验研究时,应该选用与模拟深度相对应的温度下平衡水含量的煤样。     

深部煤层含水率物理模拟与数值模型研究

针对深部煤层含水性相关研究不足的现状,选择北皂矿的褐煤、蔡园矿的气煤、西曲矿的焦煤和古汉山矿的无烟煤作为研究煤样,模拟深部煤层的温度条件,开展了不同温度下煤的平衡水分实验,对实验数据进行了假设检验和参数估计,分析了平衡水分含量与煤级和温度之间的关系,建立了平衡水分含量与煤级和温度的数值模型。研究结果显示：相同温度条件下,平衡水含量随煤级先降低,后升高;同煤级条件下,埋藏深度增加,煤层温度升高,煤层含水率减小,因此,深部煤层中含水率要低于浅部煤层;但到达一定埋藏深度后,煤层含水率减小的趋势不明显。平衡水分含量与煤级和温度分别满足一元二次方程和指数负增长的数学统计关系,平衡水分含量与温度和煤级的数值模型的绝对误差为0.03%～0.70%,平均为0.24%;相对误差为1%～18%,平均为6.5%;表明平衡水分含量与温度和煤级的数值模型的精度较高。     

基于不同温压条件等温吸附实验的低煤级储层吸附气含量估算方法

为系统分析低煤级煤储层原位吸附气含量,收集了8个样品在25℃和45℃平衡水条件下的等温吸附资料,开展了2个低煤级煤样平衡水条件下等温吸附实验,提出了基于不同温压等温吸附实验的低煤级储层原位吸附气含量预测方法。结果显示:低煤级煤吸附气含量随温度增大而减小,甲烷吸附递减量随压力增加呈指数变化而非线性变化,基于预测方法对海拉尔盆地4煤样和准噶尔盆地南缘阜康矿区F1井钻遇层位原位条件下的吸附气含量进行了估算,结果显示低煤级储层吸附气含量随埋深增加而增加,但增加趋势不明显,与中-高煤级储层吸附气含量随埋深增大变化趋势不同,同时预测结果为F1井实测含气量所验证。本论文成果有助于低煤级储层煤层气的勘探与开发。     

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。     

瓦斯压力对煤体吸附-解吸变形特征影响试验研究

以松藻煤电公司渝阳煤矿8#突出煤层原煤试样为研究对象,开展了不同瓦斯压力条件下的煤体吸附-解吸变形试验。研究结果表明:含瓦斯煤体吸附-解吸变形动态曲线可划分为抽真空压缩变形阶段I、吸附膨胀变形阶段II、解吸收缩变形阶段III等3个阶段;煤体的吸附-解吸变形具有明显的各向异性特征,但横纵向变形量比值随时间和压力变化不明显,趋于定值;含瓦斯煤体体积变形随吸附/解吸压力的增大呈线性增加,吸附/解吸时间越长,线性斜率越大;含瓦斯煤体吸附-解吸变形不可逆,残余变形量随气体压力增加而增大,且纵向变形对煤体残余体积变形贡献相对较大。     

考虑含水率影响的煤岩变形及渗透率模型

煤矿开采深度不断增加,煤层瓦斯含量升高导致动力灾害逐渐增多,给煤矿安全开采带来严峻考验。对于瓦斯在煤层中流动的研究一直以来都备受关注,其中渗透率正是影响煤层中瓦斯流动的关键参数之一。因此,为准确模拟开采环境变化导致的煤岩变形及渗透特性变化,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同含水条件下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑含水率的吸附方程和吸附-渗透率模型,探讨含水率和孔隙压力共同作用对煤岩变形及渗透特性的影响。研究结果表明:①孔隙压力升高过程中,径向应变及轴向应变随孔隙压力的升高均呈降低趋势,瓦斯流量的变化呈上升趋势,煤基质由于吸附瓦斯产生膨胀变形,体积应变逐渐减小。②当含水率恒定时,随着孔隙压力的升高,瓦斯吸附量随孔隙压力增大先增大而后趋于平缓,产生的吸附变形的变化趋势与其相同;当孔隙压力恒定时,煤岩的吸附量和吸附变形均随着含水率的增大而减小。③在恒定含水率条件下,煤岩渗透率曲线随孔隙压力的升高先减小后趋于平缓;而在相同的孔隙压力条件下,随含水率的增加,煤岩渗透率整体逐渐减小,而且含水率越大孔隙压力对渗透率的影响越弱,水分子对渗透率的影响越强。④构建了考虑含水率的吸附量计算方程,并在此基础上进一步构建考虑含水率煤岩吸附-渗透率模型,其中所计算的渗透率值与试验所测结果基本一致,反映了煤岩渗透率变化规律。     

煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响

为了研究煤中可溶有机质对瓦斯吸附与解吸特性的影响,在常温、常压下,用四氢呋喃抽提了淮北矿区的青东8煤、许疃3煤和孙疃8煤中的有机质,对比分析了原煤和残煤的瓦斯吸附量,常压真空解吸量和放散初速度Δp的变化规律。结果表明：抽提后,青东8煤和许疃3煤瓦斯吸附量减少,抽提前后瓦斯吸附增量随压力增加先增大后减小,Δp减小;孙疃8煤瓦斯吸附量无明显变化,Δp增大;3种煤样的常压真空瓦斯解吸量均增大。分析认为：突出煤层中,瓦斯溶解于煤中可溶有机质,形成固溶体,增加了煤层瓦斯含量,提高了瓦斯放散速度,煤层突出危险性增大;非突出煤层中可溶有机质占据了部分孔隙,可减缓瓦斯释放,降低瓦斯释放速度。     

深部煤层无烟煤甲烷吸附特性研究

为了研究深部煤层无烟煤的甲烷吸附特性,利用高温高压煤的吸附试验模拟深部煤层所处的高温高压环境,测得无烟煤软、硬煤在不同温度(40、70、110℃)下的瓦斯吸附常数,采用吸附势理论计算出软、硬煤在不同条件下的吸附势特征曲线,分析了高温高压深部煤层下的甲烷吸附特性;基于压汞法测试高温高压吸附试验前、后的无烟煤软、硬煤的孔隙结构参数,研究了不同温度下深部煤层无烟煤软、硬煤的孔隙结构的变化对甲烷吸附的影响。研究结果表明:无烟煤软煤的微孔孔隙结构较硬煤发达,甲烷极限吸附量大,有利于甲烷的吸附;高温高压吸附试验前后煤的吸附特征曲线呈递减趋势,煤样的吸附势随着吸附空间的增大而减小;高温高压下无烟煤软、硬煤的总孔体积增大、孔隙连通度低于原煤,其煤孔隙向更致密方向发展。     

不同温度条件下煤中甲烷解吸特性的实验研究

实验研究了不同温度条件下煤中甲烷的解吸特性,结果表明:在相同温度和气压条件下,煤中甲烷的初始解吸速度较快,随着时间的增加,解吸速度慢慢减小,最后达到解吸平衡;煤中甲烷的最终解吸量随温度的增加而增大,煤对甲烷的吸附能力降低。甲烷的解吸动力学规律能用经验公式、扩散模型、渗流模型来描述,且扩散模型能较好地描述甲烷气体的解吸特性;经验公式中参数α、扩散模型与渗流模型中参数Qd∞随温度的增加而增大,扩散模型中参数B与渗流模型中参数b随温度的增加而减小,经验公式中参数β与温度变化无规律性。     

不同变质程度的软硬煤瓦斯解吸规律研究

采用自制的吸附/解吸实验装置对不同变质程度的软硬煤进行了瓦斯解吸实验,结果表明:软煤的吸附能力大于硬煤的吸附能力;同一吸附平衡压力下,软煤的解吸量大于硬煤的解吸量,且随着变质程度的增加,煤的瓦斯解吸量逐渐增大;解吸量与时间之间的关系可采用孙重旭式进行表示。为准确测定煤层瓦斯含量,预测煤与瓦斯突出等奠定理论基础。     

不同煤体结构煤的吸附性能及其孔隙结构特征

煤的吸附能力是决定煤层含气量的重要参数。采用沁水盆地东南部赵庄井田二叠系山西组3号煤4个不同煤体结构的高煤阶煤样,通过等温吸附试验分析了不同煤体结构煤样在不同温度和压力下的吸附性能;同时对不同煤体结构煤样进行了低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构特征,从煤体孔隙结构层面分析了不同煤体结构煤的吸附控制机理。结果表明：煤样升压吸附符合Langmuir等温吸附方程,饱和吸附量随煤体破坏程度的增加而增高,随着温度的增高而降低。随着煤体破坏程度的增高,孔容和比表面积也相应增大,孔容主要由中孔贡献,比表面积主要由微孔贡献,糜棱煤的孔容和比表面积在不同孔径阶段均最大,其次为碎粒煤、碎裂煤和原生结构煤;低温液氮吸附实验结果与等温吸附试验反映一致规律,这些说明,在同一地质条件下,煤体结构破坏越严重的地区煤层含气量越高。     

平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附—解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附—解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附—解吸可逆。研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。     

煤储层应力敏感性及影响因素的试验分析

采用鄂尔多斯盆地东南缘高煤级煤储层样品,通过煤样的应力敏感性试验,分析了煤储层应力敏感性及有效围压、煤中裂隙和含水情况等对煤储层应力敏感性的影响。研究结果表明：煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,当有效应力从2.5 MPa增加到10 MPa时,煤样无因次渗透率为0.10～0.28,平均低于0.15,渗透率损害率为71.92%～90.14%,平均为84.59%。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降,应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降,应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。含裂隙煤样初始渗透率较高,且应力敏感性相对较小;但在升压过程中产生不可恢复的塑性变形大,导致降压后不可逆损害率相对较高。同样,含水煤样的渗透率随有效应力的增加而快速下降,含水条件下的应力敏感性也更明显。     

CH4/CO2不同浓度混合气体的吸附－解吸实验

选择山东菜园矿的气煤和山西古交矿的焦煤的平衡水煤样对不同浓度的CH₄和CO₂混合气体进行了吸附－解吸实验,分析了CH₄和CO₂在吸附－解吸过程中各组分浓度的变化规律,并探讨分析了实验过程中出现高压阶段吸附量小于低压时的原因.结果表明,不同浓度的CH₄和CO₂混合气体的解吸曲线都滞后于吸附曲线;相同条件下,焦煤的吸附量大于气煤的吸附量;CO₂与CH₄浓度之比越大,气体的吸附量越大;吸附过程中,CO₂组分的吸附速率是先快后慢,而CH₄组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反.吸附和解吸平衡时,游离相中的CO₂浓度低于原始混合气体中的CO₂浓度,CH₄浓度高于原始气体中CH₄浓度.实验结果证实了CO₂在与CH₄的竞争吸附中占据优势,注入CO₂可以有效地置换或驱替煤层CH₄,注入CO₂气体的数量越大、相对浓度越高,单位压差CH₄解吸率和CO₂吸附率就越高.     

水力测试法在煤层底板破坏探测试验中的应用

针对团柏煤矿下组10#媒带压开采的现状,对该煤层10-115工作面开采引起的底板破坏深度采用水力测试法进行了探测.结果表明:①从定压进水量测试结果看,在煤层开采过程中底板岩层因矿压增减发生了裂隙收缩与扩张,采面距在0～25 m阶段底板最为薄弱,此后底板裂隙进入收缩的恢复阶段,但裂隙的闭合性又远远低于原始状态;②从起始水压测试结果看,10#煤底板的矿压直接破坏深度为9.4m,其下的扰动带岩层抗水压强度明显减弱,矿压与扰动破坏深度共计12 m.     

基于红外测温的煤体瓦斯吸附-解吸过程温度变化特征研究

应用红外测温摄录仪分别对不同压力、不同变质条件下的煤体瓦斯吸附-解吸过程中温度变化进行测量,将红外数据进行小波滤噪后拟合出瓦斯吸附-解吸特征函数曲线。分析得出结论:不同平衡压力下吸附过程中升温趋势符合指数函数关系,解吸过程中降温趋势符合对数函数关系;煤体变质程度也会影响吸附-解吸过程中温度变化特征,煤体变质程度越大,吸附-解吸造成的温度变化幅度越大。拟合函数△T=K(1-et/b)参数K表征了吸附-解吸所引起的煤体温度变化最大值,温度变化最大值与煤体瓦斯解吸量成线性正相关。     

寺河3号煤甲烷吸附解吸热力学特征

为研究煤层气排采过程CH4解吸内在热力学特征及水蒸汽在排水降压产气过程中的作用机理,在20,25,30,35,40℃五个温度点对寺河3号无烟煤(WY)进行等温吸附解吸实验,利用Clausius-Clapeyron方程计算等量吸附热和极限吸附热。结果表明,升压(吸附)过程和降压(解吸)过程极限吸附热分别为23.31 kJ/mol和24.02 kJ/mol,属于物理吸附,但后者大于前者。从热力学角度看,吸附解吸平衡体系中,降压不足以导致煤层甲烷解吸,但降压促使液态水在煤孔隙中形成局部低压,水分子汽化,水蒸汽分子在煤孔隙表面吸附产生的吸附热约为40 kJ/mol,远大于甲烷吸附热,水蒸汽吸附置换煤孔隙表面吸附的甲烷,最终导致甲烷解吸。     

加卸载煤体损伤-渗透特性影响因素实验研究

深部煤层开采过程中,多重因素影响着煤体损伤-渗透特性.为揭示采动煤体损伤-渗透特性演化规律,开展了不同工程条件代表的恒围压加轴压(路径1)、恒轴压卸围压(路径2)和同时加轴压卸围压(路径3)3种力学路径下煤体损伤-渗透实验,分析加卸载方式、轴压加载速率、围压卸荷速率以及围压等因素对型煤煤体损伤-渗透特性的影响规律.结果...