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。     

页岩黏土孔隙气-液-固三相作用下甲烷吸附模型

实际储层条件下含水页岩的甲烷吸附量低于实验室测定的干燥页岩吸附量,致使页岩气资源量被高估。在考虑页岩黏土孔隙含水的基础上,基于气-固界面Langmuir吸附理论、气-液界面Gibbs吸附理论及土壤吸附学,针对狭缝孔及圆管孔两类黏土孔隙,建立了气-液-固三相作用下甲烷吸附理论模型。该模型可以计算孔隙含水饱和度0~100%的吸附曲线,验证表明:计算结果与分子模拟结果吻合。并进一步揭示了甲烷在黏土水膜表面的气-液界面吸附特征:在低压下,吸附量与压力呈线性变化;在高压下,吸附量趋于饱和。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

苏里格致密砂岩气藏流体微观分布规律及影响因素

苏里格气田东区下石盒子组含水较高,流体赋存特征对致密砂岩气藏开采影响较大。通过岩矿鉴定、孔隙率以及渗透率分析等实验,结合核磁-离心技术,分析了孔隙率、渗透率、岩性、孔喉非均质性与连通性及其对流体赋存规律的影响。结果表明：(1)研究区致密砂岩储层孔隙的流动能力较差,束缚水饱和度较高,其流动能力与气体流动压差(离心力)密切相关。(2)填隙物对流动能力有关键的控制作用,丰富的高岭石含量代表着储层具有较好的连通性、较大的孔径,整体孔隙水流动能力较强;伊利石持水能力很强,容易造成毛管阻碍、限制流动能力。(3)气体流动压差(离心力)与储层孔隙水可流动的孔径具有较好的幂关系。(4)苏里格气田东区下石盒子组有效储集空间临界孔喉半径为0.089μm,可动水饱和度为23.95%。     

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。     

孔隙水压作用下主井砂岩变形强度特性研究

以湖北祥云磷矿矿区含水层的砂岩为研究对象，开展了水-力耦合试验，探讨围压和孔隙水压对岩石变形特性和强度特性的影响。研究结果表明：水-力耦合作用下砂岩试件的应力-应变曲线的发展趋势基本一致，其轴向应变-应力曲线均经历了原生裂隙压缩闭合阶段、线弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹不稳定发展阶段和峰后残余阶段等5个阶段；试件的峰值轴向应变与孔隙水压呈负相关，与围压呈正相关，而峰值环向应变和体积应变随着孔隙水压的增大而上下波动；砂岩的峰值偏应力、残余偏应力、起始扩容偏应力与孔隙水压呈线性正相关关系，而与围压呈现负相关。研究成果展现了地下水对祥云磷矿砂岩力学性能的影响规律和影响程度，可为该矿区砂岩的稳定性分析提供参考。     

孔隙含水岩石水平侧压力系数数值分析

为研究孔隙含水岩石的水平侧压力系数与孔隙率、孔隙几何参数与孔隙压力的关系,分别采用外接圆半径相等的正三角形、正四边形和圆形孔隙的随机孔隙模型对上述问题进行数值分析研究。按岩石与衬砌接触面处理与否,模型简化为侧边界有孔隙和侧边界无孔隙2类。结果表明:当岩石中无孔隙压力时,2类模型的水平侧压力系数均随孔隙率增加而减小,孔隙率相等时,水平侧压力系数随孔隙的边长/面积比的增大而减小;当岩石中作用有孔隙压力时,2类模型的水平侧压力系数均随孔隙压力增加而线性增大,孔隙率越大,侧压力系数增加越显著;当孔隙形状、孔隙率和孔隙压力相同时,与侧边界不含孔隙的岩石相比,侧边界含孔隙的岩石水平侧压力系数更大;相同孔隙率与孔隙压力情况下,孔隙岩石的水平侧压力系数随孔隙边长/面积比的增加而增大。     

基于三维重构模型的孔隙岩石气体渗流的LBM模拟

通过三维CT成像技术获得孔隙岩石内部孔隙结构图像,计算了孔隙岩石的孔隙度与统计特征函数;采用随机堆积球的方法,生成了一组与CT模型具有相同孔隙率、不同孔隙结构特征的模型,利用格子Boltzmann方法计算了渗透率,并分析了孔隙结构的统计特征函数与其渗透率之间的关系。结果表明,岩石孔隙结构特征对其渗透率具有重要影响,两点概率函数与线性路径函数距离坐标原点的偏离程度能够很好的反应孔隙岩石渗透率的大小。     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

破碎煤岩体瓦斯-水相对渗透特性试验研究

为探究瓦斯抽采钻孔孔周破碎煤岩体中瓦斯-水相对渗透特性,利用自主研发的破碎岩体气液耦合渗透试验系统,采用稳态渗透法开展了瓦斯-水耦合渗透试验,得到了煤样渗透参数随渗透压和轴向压力的变化特征,并分析了渗透参数间的相互影响关系。结果表明：承压破碎煤岩体孔隙度随轴向压力的增加呈快速下降、缓慢下降和趋于稳定的阶段性特征;随着含水饱和度的增加,煤样气体相对渗透率快速下降,水相对渗透率线性上升,气体和水相对渗透率表现出竞争关系,且气体渗透率对于含水饱和度的敏感程度更高;气体和水的总渗透率随有效应力的增加而减小,服从指数函数关系,有效应力会影响破碎煤岩体孔隙结构的变形过程,随孔隙度的减小,气体有效渗透率降低,相对渗透率增加;渗透压对于水和气体相对渗透率的影响可分为气体占优阶段、等渗阶段和水占优阶段,临界渗透压取值范围为0.4～0.6 MPa。     

大厚度黄土湿陷性影响因素及评价方法探讨

影响黄土湿陷性的因素很多,包括土的初始含水率、干密度、孔隙比等指标,各因素对湿陷性的影响较为复杂.本文根据新建中兰铁路室内试验结果,分析了大厚度黄土湿陷性影响因素,得出了黄土自重湿陷系数与初始含水率、孔隙比、干密度、饱和度和液性指数具有较高的相关性,与塑性指数、压缩系数和压缩模量相关性较弱,通过SPSS软件建立了陇西地...     

复合地基桩土应力比的计算

选取常用的双折线荷载传递函数,来表征单桩的荷载—沉降曲线;然后,选取双曲线函数来表征地基土的荷载—沉降曲线,推导出了一种桩土相互作用下的桩土应力比的解析算式,并讨论相关参数对桩土应力比的影响。     

地面沉降过程中含水层贮水率的试验研究

随着土层的不断压缩,土的孔隙度不断减小,土的渗透系数、贮水率会随之发生变化。根据贮水率定义得出其表达式,结合固结试验中孔隙比与有效应力的关系,推导出贮水率与孔隙比的表达式。从理论分析得出:当地面发生沉降变形,含水层的孔隙比减小,贮水率变小;当地面发生回弹变形,含水层的孔隙比变大,贮水率变大。建立了室内试验平台,通过增加和减少含水层上覆荷载来模拟含水层的沉降和回弹,并研究了含水层沉降和回弹时贮水率的变化,得到了和理论分析相同的结果。     

干河煤矿清理斜巷K2灰岩高压含水层预注浆施工技术

霍州煤电集团有限责任公司干河煤矿主井清理斜巷需穿越K2灰岩含水层,其含水层带压达5 MPa,水文地质条件复杂。主要介绍了对高压含水层的注浆堵水工艺,为巷道的安全掘进、防止巷道突水提供了可行的借鉴经验。     

冻土声学测试中的异常现象分析

基于饱和多孔介质波动理论平面波解,分析了频率对纵、横波速度和衰减的影响以及孔隙率、体积模量、渗透系数等参数对纵、横波速度的影响,得出了波速、衰减具有频散的特性及孔隙率是影响冻土波速的主要因素等结论,据此分析了冻土超声波测试中存在的动力学特性规律不明显的原因,并提出了改进建议．在饱和土波动理论分析的基础上,对高饱和土的纵、横波特性进行了分析,得出了完全饱和土和未完全饱和土之间的波速性态有很明显的差别,并据此解释了冻土超声波测试中的波速比和泊松比偏低问题．     

塔河油田稠油粘度特性试验研究

应用高温高压流变仪，在不同温度和压力下，对塔河油田TK427井产原油进行了试验研究，测量了不同含水率、不同气油比下的原油粘度，用曲线拟合法探讨了原油及油气水多相流粘度与温度、压力不同的关系，结果表明原油及油气水多相流的粘温特性符合指数规律，原油粘度与压力呈线形关系，原油的粘度随气油比不同而变化巨大，含气原油粘度随压力变化存在极小值(泡点压力)，含水原油粘度随含水量变化存在极大值(非乳化拐点)。     

对开滦范各庄矿井K3灰岩赋水性的研究

K3灰岩是开滦范各庄井田区域6个主要含水层之一，K3灰岩含水层地下水动态变化对采煤安全和防治奥陶水有很重要的中介作用，通过研究其赋水性，提高防水害能力。     

各向异性散体介质中的渗流场分析研究

在多孔介质地下水动力学的基础上,从矿堆散体介质的渗透特性出发,分析了堆浸工艺中溶浸液渗流运动的规律以及应力场变化对渗流场的影响机理,建立了有关各向异性散体中非稳定渗流的偏微分方程,推导了渗流运动与散体孔隙比的变化关系,得出应力场通过影响散体的体积应变和孔隙率而影响散体的渗透率,从而最终影响渗流场的结论。     

渗流有限元法模拟松散含水层对工作面充水影响

将水利工程中的渗流有限元法应用于模拟研究松散含水层对工作面的充水影响,既考虑了松散含水层的富水性、水头,又考虑了采动影响对覆岩的破坏,继而引起的渗流通道的变化。研究了第四系底部黏土层在水体下采煤中的作用,认识到当底黏厚度大于3m时,上部含水层对工作面充水量很小。为今后评价黏土层在水体下采煤中的阻隔水作用提供理论参考。     

工作面内隐伏含水体电法探测的实验研究

为探明工作面底板内隐伏含水体,研究利用一种新的直流电法--平行双极－偶极电阻率法--进行探测.采用物理模拟方法,实验模拟在大型水槽中进行,利用铁块模拟含水体,水模拟围岩.在资料处理解释方面,采用电阻率层析成像反演计算目标体的位置.实验表明,采用平行双极-偶极电阻率法探测工作面内隐伏的含水体是一种行之有效的方法,该方法也因其观测信号强、适应范围广的优点,具备广阔的应用前景.