發(fā)布時(shí)間：2020-11-18 22:49

　　 煤層瓦斯是影響礦井正常安全開采的主要因素之一,煤層瓦斯抽采是治理煤層瓦斯的主要方法,但我國(guó)很多煤層存在滲透率低導(dǎo)致瓦斯抽采較為困難等問題。近年來采用煤層瓦斯驅(qū)替的辦法解決煤層瓦斯抽采問題被廣泛關(guān)注。采用煤層注液氮驅(qū)替瓦斯技術(shù)既可以利用液氮的低溫特性使煤體進(jìn)行凍融損傷,增加煤體裂隙,液氮相變?yōu)榈獨(dú)庖部梢愿�有效的將損傷后煤層內(nèi)的瓦斯驅(qū)替出來。因此,本文在考慮含水率的情況下研究煤體凍融損傷效應(yīng),通過實(shí)驗(yàn)以及理論分析,研究不同含水率的煤體在經(jīng)過液氮凍融損傷之后煤體孔隙結(jié)構(gòu)的影響,以及煤體對(duì)瓦斯吸附、解吸和滲流等特性的變化規(guī)律,理論分析了煤層注液氮驅(qū)替瓦斯過程及液氮凍融損傷作用機(jī)制。選用山西沁城煤礦無煙煤,制作不同含水率煤樣,然后對(duì)煤體進(jìn)行液氮凍融處理。對(duì)凍融損傷前和損傷后的煤樣,采用低溫氮吸附的方法研究煤體內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)的變化,以及煤體中水分對(duì)凍融損傷作用的影響,并結(jié)合分形理論研究煤體孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。凍融損傷處理后,煤體中的孔隙結(jié)構(gòu)被破壞,比表面積、微孔體積隨著含水率的增加呈現(xiàn)先緩慢增加后迅速減小的變化規(guī)律,總孔體積、平均孔直徑增大,微小孔結(jié)構(gòu)得到延伸和擴(kuò)展,變?yōu)榭讖礁�大的�?凍融損傷作用對(duì)煤體有增孔和擴(kuò)孔的作用,煤樣含水率越大,經(jīng)凍融處理后各項(xiàng)孔隙結(jié)構(gòu)特征變化越明顯。對(duì)實(shí)驗(yàn)煤體進(jìn)行瓦斯等溫吸附實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用常見的吸附模型進(jìn)行擬合,得到實(shí)驗(yàn)煤樣的瓦斯吸附等溫線公式,并結(jié)合熱力學(xué)理論計(jì)算各煤樣的表面自由能變化值,得到了凍融損傷作用對(duì)不同含水率煤體吸附特性的影響規(guī)律。對(duì)比分析了吸附常數(shù)a、b值的變化,煤體經(jīng)凍融損傷后a值增加,即飽和吸附量增大,但是吸附常數(shù)b值減小,在相同瓦斯壓力下的瓦斯吸附量低;凍融后的煤體吸附瓦斯后表面自由能的變化值增大,單位面積甲烷吸附量增加,但煤體比表面積減小,所以在相同瓦斯壓力下瓦斯吸附量減少,并且含水率越高,特性變化越明顯。進(jìn)行瓦斯等溫解吸實(shí)驗(yàn),得到瓦斯等溫解吸曲線,分析凍融損傷作用對(duì)煤體瓦斯解吸量、解吸速率的影響規(guī)律。處理后煤樣的極限解吸量減小,在解吸開始的一段時(shí)間內(nèi),處理后煤樣的瓦斯解吸量大于處理前煤樣,隨著解吸時(shí)間的增大,處理后煤樣的解吸量逐漸小于處理前煤樣,并且煤體含水率越高,相同解吸時(shí)間下瓦斯的解吸量越大。進(jìn)行瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn),分析凍融損傷作用對(duì)煤體內(nèi)瓦斯?jié)B透率的影響規(guī)律。損傷處理后煤體的滲透率大幅度增大,凍融損傷處理后煤體的孔隙結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,增大瓦斯的運(yùn)移通道,瓦斯更容易流動(dòng)。分析了液氮對(duì)煤體的凍融損傷機(jī)制,分析煤層注液氮驅(qū)替瓦斯的過程,凍融損傷的增透致裂作用是溫度應(yīng)力、凍脹力和膨脹力三種作用力的綜合作用結(jié)果,注液氮驅(qū)替瓦斯是由氮?dú)夤鼟�、氣體分壓擴(kuò)散和置換解吸三種方式共同作用下的綜合作用過程,液氮凍融損傷后煤體孔隙結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)運(yùn)特性的改變使煤體內(nèi)瓦斯更易于被驅(qū)替出來。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

1 緒論驗(yàn)以及瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)，研究液氮凍融損傷作用對(duì)不同含水率煤樣在不同平衡壓力條件下瓦斯解吸特性以及瓦斯?jié)B流特性的影響。（4）鉆孔注液氮驅(qū)替煤層瓦斯研究根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容，結(jié)合液氮凍融損傷對(duì)煤體特性的影響，分析研究煤層鉆孔注液氮對(duì)煤體凍融損傷的作用機(jī)理，煤層鉆孔注液氮驅(qū)替瓦斯的作用過程，以及煤體經(jīng)液氮處理后其某些特性的改變對(duì)驅(qū)替瓦斯的影響。技術(shù)路線圖如下：

分析煤體的孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，為后續(xù)研究?jī)鋈趽p傷對(duì)瓦斯吸附、擴(kuò)散、滲流等提供研究基礎(chǔ)。2.1 實(shí)驗(yàn)煤樣（Experimental Coal Sample）2.1.1 實(shí)驗(yàn)煤樣選取本實(shí)驗(yàn)所用煤樣均取自山西省晉城市沁水縣沁城煤礦 2 煤，沁城煤礦位于山西省沁水煤田西南部，區(qū)域構(gòu)造總體形態(tài)為傾向西北方向、走向東北方向的單斜構(gòu)造，井田內(nèi)共五條斷層，總體地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[38]。穩(wěn)定可采煤層為 2 煤層、15 煤層，其中 2 煤層厚3.08-6.25m，平均 4.37m，為高熱值無煙煤，經(jīng)鑒定具有突出危險(xiǎn)性。2.1.2 煤樣的基本性質(zhì)采用全自動(dòng)分析儀測(cè)定煤樣工業(yè)分析相關(guān)參數(shù)，采用顯微鏡光度計(jì)（microscophotometer，用于測(cè)量煤樣可見光譜反射比和吸收比）測(cè)定煤樣鏡質(zhì)組，煤樣基本參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)均在北京貝士德科技有限公司測(cè)定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2-1、2-2 所示。

1.3 7.20 82.2 0.39 4.39 90.4 3.44 1.2傷前后煤體孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)定（Detebefore and after freezing and thawing li構(gòu)類型其復(fù)雜的多孔介質(zhì)，內(nèi)部存在發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)聯(lián)通類型可以分為通孔、交聯(lián)孔、半封閉空和墨水性孔、間隙孔、柱狀孔和層狀孔，根據(jù)煤和次生孔[39]。根據(jù)孔的大小進(jìn)行劃分，國(guó)際理將孔分為微孔、中孔、大孔和巨孔，其中，微存空間，大孔為滲流孔，是吸附氣體擴(kuò)散和運(yùn)介于二者之間[40, 41]。桑樹勛[42]等將孔徑分為微類標(biāo)準(zhǔn)如表 2-3 所示。煤中孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜描等現(xiàn)代測(cè)試手段可以檢測(cè)出煤體比表面積、結(jié)構(gòu)及其測(cè)定方法如圖 2-2 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2889317