含水率对煤层瓦斯渗流特性影响的试验研究

针对煤层注水软化或水力增透技术造成的煤体含水率高,进而影响煤层瓦斯的渗流特性的问题,利用自主研发的MCQ-Ⅱ型煤层瓦斯渗流试验设备,对原煤试件进行了25℃、31 MPa恒定温压条件下含水率(质量分数)分别为0%,2%,4%,6%,8%的瓦斯渗透性试验。研究发现,在恒定温压条件下,煤样渗透率随渗透压的增加而增加,且含水率越高,渗透率随渗透压升高增加越快;瓦斯的启动压力随含水率的增加而增加,在不同的含水率条件下,可测到渗透率的最低瓦斯渗透压力为2 MPa,由于渗透压力较大,渗透过程中的Klinkenberg效应不明显;瓦斯渗透率随含水率的增加呈指数降低,当含水率低于6%时渗透率随含水率增加降低较快,当含水率高于6%时含水率对渗透率的影响程度减弱;在煤体注水过程中,煤体弹性模量会降低,使得煤体在轴向和径向的压缩应变增大,当含水率超过6%后,含水率对于煤体变形的影响减弱,且煤体变形过程中表现出各向异性,轴向应变始终大于径向应变。该结论对于煤层注水或水力压裂后,煤层中瓦斯运移规律变化研究有一定的指导意义。     

低饱和度含瓦斯水合物突出煤体三轴压缩实验研究

为探索防治煤与瓦斯突出的有效途径,利用自主研制的含瓦斯水合固化-三轴力学压缩一体化装置,开展低饱和度含瓦斯水合物突出煤体三轴压缩实验,研究不同围压下低饱和度含瓦斯水合物突出煤体应力-应变关系。结果表明:不同围压下,低饱和度含瓦斯水合物突出煤体应力-应变曲线为软化型,其峰值强度随围压增加而增加;通过摩尔库伦强度准则,计算低饱和度含瓦斯水合物突出煤体黏聚力和内摩擦角。两者均低于高饱和度条件该参数数值,可见饱和度对含瓦斯水合物突出煤体强度影响较大。     

三维应力作用下煤体瓦斯渗透规律实验研究

论述三维应力作用下煤体瓦斯渗透规律的实验设备与方法。介绍了阳泉３＃煤层、永红煤矿３＃煤层的试验结论。得出了煤体瓦斯渗透系数随体积应力增加而衰减，随孔隙压呈抛物线型变化。定义抛物线的极值点为临界压力。结论对研究煤矿瓦斯抽放与瓦斯突出有着十分重要的意义     

温度对型煤性能影响的试验

针对利用煤层瓦斯抽采并防治瓦斯灾害的问题.本文利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行不同温度条件下的三轴压缩破坏试验和渗透特性试验,探索煤体温度在瓦斯抽采和预防煤与瓦斯灾害中的作用.结果表明:(1)煤体的强度随着温度的增加而降低;(2)煤体变形过程中的渗透性变化趋势有一致性,它与变形量直接相关,受温度影响很小;(3)控制煤体温度是提高瓦斯抽采效果的一个合理有效的措施.     

围压对含瓦斯水合物煤体应力应变关系的影响

力学性质是基于水合原理预防煤与瓦斯突出的核心问题之一。以具有突出倾向煤体制备的型煤为研究对象,利用自主研发的瓦斯水合物生成与三轴压缩一体化装置,开展了围压影响下含瓦斯水合物煤体三轴压缩实验。结果表明:三种围压下,应力-应变曲线均为软化型;不同特征点(初始屈服点、峰值点及残余阶段)含瓦斯水合物煤体的黏聚力相差较大,而内摩擦角的变化较小;含瓦斯水合物煤体的初始屈服强度、峰值强度、残余强度和变形模量随着围压的增加呈线性关系增加,围压对含瓦斯水合物煤体的力学性质有所强化。     

瓦斯突出煤体的导电性质研究

瓦斯突出煤体是在瓦斯突出灾害发生前就已经客观存在的地质体,是发生瓦斯突出的必要的物质条件．针对瓦斯突出煤体煤样的特点,采用具有国际先进水平的数字式双频激电仪作为主要观测仪表,建立了集先进性和实用性为一体的瓦斯突出煤体电性参数观测系统．通过进行实验室大量煤样的测定,研究了瓦斯突出煤体的导电性质．为利用以电磁法为主的地球物理方法进行瓦斯突出煤体探测和瓦斯突出预测提供了物理基础．对减轻和防止煤矿瓦斯突出自然灾害具有重要意义     

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。     

煤体有效应力与膨胀应力之间关系的分析

有效应力公式是研究岩体和流体相互作用的基础公式之一,为了更加真实的描述煤体的受力状态,采用理论分析和试验分析的方法,分析了这种由于煤吸附瓦斯发生膨胀在约束条件下所产生的膨胀应力与有效应力的关系,并得出了膨胀应力与有效应力之间的关系式。分析可知,煤吸附瓦斯将发生膨胀变形,吸附量越大,膨胀变形越大,当这种变形受阻时将会产生膨胀应力膨胀应力的存在,将使煤体应力增加,煤体强度降低,煤体更易破碎,将增加煤与瓦斯突出的危险性。     

突出煤体空间分布及粒径分布特性试验分析

为进一步研究煤与瓦斯突出过程中突出煤体的空间分布与粒径分布特征,利用自主研发的真三轴煤与瓦斯突出模拟试验装置,在相同成型压力3 000 k N基础上,开展瓦斯压力为0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.5 MPa下的煤与瓦斯突出试验。通过水平加载泵站控制,将垂直应力、构造应力、侧向应力均设置为5.5 MPa.结果证明了煤与瓦斯突出的发生存在一个瓦斯临界值,大于这个临界值,突出发生,本试验中突出临界值位于0.25~0.3 MPa之间。随着瓦斯压力的增加,煤样的突出量逐渐增大,相对突出强度也增大,说明在现场中,瓦斯压力是煤与瓦斯突出强度的重要决定因素。突出煤体呈梭形分布,中间有多条带式间隔,吹扫作用明显。突出煤体主要聚集在远处区域,主要为小粒径煤粉,其中直径小于0.25 mm的煤粉占比均大于20%,而小于0.5 mm的均超过45%,个别甚至高达66.7%.大粒径煤颗粒两头多,中间少。突出试验结果与现场实际突出情况有所不同,尤其是在大粒径煤体分布方面,但是综合试验空间、突出发展时间、煤的自然安息角等多方面因素考虑,可以得到合理的解释。     

煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响

运用自主研发的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置”,进行了恒定瓦斯压力和围压条件下,不同原始含水率含瓦斯煤样全应力应变瓦斯渗流试验,结合现场实测煤层注水前后瓦斯涌出量的变化规律。研究结果表明：随着煤样原始含水率的增加,煤样的三轴抗压强度减小,弹性模量减小,三轴抗压强度处轴向应变增大、横向应变和体积应变的绝对值增大;在全应力应变整个过程中,煤样的甲烷有效渗透率都减小。从煤的力学特性和瓦斯在煤层中流动两个方面分析了煤层注水的防突作用。煤层原始含水率越高,发生煤与瓦斯突出的危险性越小。可将煤层的原始含水率作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。     

浅谈煤层瓦斯生成和聚集的规律

介绍了煤层变质演化的因素,论述了煤层生烃时间及生烃量,探讨了煤层瓦斯聚集的一般规律。     

注气速度对空气泡沫防气窜性能影响的实验研究

通过岩心渗流物模实验,采用气液同注方式,对不同注气速度条件下空气泡沫防气窜能力进行了实验研究。实验测量了岩心两端注入压差随注气速度增长的变化值,对比了含聚泡沫和无聚泡沫防气窜能力,得出在注气速度一定的情况下,含聚泡沫的注入压差明显高于无聚泡沫,且含聚泡沫能在更高的注气速度条件下防气窜,并且界定了气窜发生的临界注气速度。     

量子理想气体热力学性质的普遍性讨论

本文讨论由能谱关系为ε=αp~δ的粒子组成的n维理想气体的热力学性质,并引入广义积分Ⅰ(z,ξ;a),将非相对论性和极端相对论性的玻耳兹曼气体、费米气体和玻色气体的性质进行统一的论证分析。     

阜新王营井田浅成气的成藏与岩浆活动

王营井田是产气率较低，裂隙又很不发育的长焰煤井田，但该井田却很有成为很具有开发价值的煤成气田。本文从该井田的地质特征－成煤期后有剧烈的岩浆活动这一现象出发，依据井下瓦斯突出及矿井抽放瓦斯的实际资料，同时运用煤成气的生成、储藏、运移理论，科学分析了该井田能产出大量煤成气的原因－即岩墙、岩床不但提高了长焰煤的产气率，而且也造就了煤成气的储运场所和运移通道。从而得出了岩浆活动是促成浅产质煤能成为可资开发的煤成气田的重要因素这一结论。     

页岩气藏游离气量和解吸气量计算方法研究

页岩气藏中天然气赋存形式不仅包括游离形式,还有吸附形式。对于页岩气藏,准确识别气藏中两种气体状态的相对多少,对认识气藏开发动态具有重要意义。常规岩心实验认识气藏赋存特征不仅成本较高,而且操作繁琐,误差难以控制。为此,根据物质平衡原理,分别建立了页岩单纯介质定容气藏、页岩单纯介质封闭气藏和页岩双重介质封闭气藏的物质平衡方程,并结合页岩气藏的生产特点,提出了页岩气藏游离气量和解吸气量的计算方法,最后进行了计算实例分析。该方法避免了模拟实验的繁琐和误差,简单实用,是页岩气藏动态分析的有效手段。     

煤层瓦斯的形成及瓦斯灾害的预防

文章通过分析煤层瓦斯的形成、瓦斯在煤层中的储积与运移及影响瓦斯储积与运移的因素,阐述了瓦斯灾害的预防措施.     

瓦斯在通风巷道中流动分布情况研究

瓦斯灾害是煤矿生产中的重要灾害，本文根据矿井通风理论以及图论基本原理，在得到矿井瓦斯涌出现规律的前提下，建立了计算瓦斯在煤矿井下巷道中运动时，瓦斯流量分布情况数学模型，并对该模型的数理性质进行了简要分析，得到该模型用于现场瓦斯治理的方法。最后，通过在现场实际验证，表明了文中所述方法对于现场瓦斯防治的可行性。并进一步讨论了基于本模型如何进行合理监测矿井瓦斯浓度，指导现场科学防治瓦斯灾害。     

上良煤矿32203工作面邻近层瓦斯治理研究

针对上良煤矿32203工作面瓦斯涌出量大的情况,通过分析32203工作面瓦斯涌出的来源,确定邻近层瓦斯抽采是治理工作面瓦斯的最有效的方法,提出在32203工作面上邻近层实施高位钻孔、下邻近层实施底抽巷瓦斯抽采的瓦斯治理方案,对于工作面瓦斯治理来说有一定的指导价值。     

基于测井资料的页岩含气量评价方法研究

页岩气是重要的化石能源替代品,含气量作为页岩气储层评价的重要参数,对于页岩气的资源评价与“甜点区”优选具有重要的意义。为了研究页岩含气量的定量评价方法,以加拿大H区块页岩气储层为研究对象,通过对取芯样品的实验室解吸以测定页岩储存的解吸气、散逸气和残余气。借鉴煤层气的等温吸附模拟页岩的吸附气、游离气。以获得的含气量为基础,通过对测井资料与含气量的相关性分析,筛选含气量的关键影响参数所对应的测井曲线,建立基于测井曲线的含气量评价模型,通过对计算结果与实测结果的分析对比,表明基于测井曲线的页岩含气量评价模型在应用中表现出很好的实用性以及准确性,为后续的页岩气资源评价和“甜点区”优选奠定基础。     

褐煤储层含气量计算

因我国褐煤中煤层气赋存特征认知程度较低,影响了较低煤级煤层气的开发,褐煤中含气量的研究显得尤为关键。基于此,文中对采自内蒙古海拉尔盆地4个褐煤H1,H2,H3,H4样品进行煤岩煤质分析,25℃平衡水等温吸附实验。计算埋深在400～2 000 m吸附气含量;模拟在储层温度、压力、矿化度、密度条件进行甲烷溶解度的测定结果表明甲烷溶解度随压力、温度的同时增加而增大(低于80℃),基于实验结果,计算了不同埋深(温度、压力)下褐煤储层的水溶气含量;测定4个褐煤样品孔隙度,根据马略特定律计算游离气含量。由吸附气、水溶气及游离气含量计算褐煤含气量。结果表明,埋深小于1 000 m的褐煤含气量随埋深增加而增大;埋深大于1 000m随埋深增加而减少。H1含气量较低,H2,H3,H4含气量较高,400～2 000 m埋深的褐煤含气量介于2.57～6.99 m3/t之间,且均随埋深增加而增大。含气量中吸附气、水溶气、游离气含量比例分别为78.7%,9.3%,12.0%.