煤吸附瓦斯细观特性研究

发布时间：2020-02-02 08:38

【摘要】：为研究甲烷吸附孔隙压力对煤膨胀变形的影响,实验应用μCT225k VFCB型高精度显微CT实验系统,对直径为5 mm的细观煤样进行了不同孔隙压力下的吸附瓦斯扫描实验,并通过对其孔隙率与膨胀变形量的观测与分析得到了煤吸附瓦斯细观特性。研究发现:在细观实验中煤样吸附瓦斯会导致煤体孔隙率下降,并发生体积膨胀变形;体积膨胀变形规律符合朗格缪尔方程,且煤样不同位置的孔隙率与体积变化均具有非均匀性。研究结果表明:在吸附瓦斯过程中,煤体骨架体积膨胀会导致煤体孔隙体积减小与外观体积膨胀,且煤体骨架膨胀变形时更倾向于通过挤压煤体原始孔隙来获得膨胀空间。
【图文】：

孔隙压力,层位,图像,煤体

峁鉖嘁直?为:0，0.3，0.5MPa、解吸。在每个吸附状态下，由于试样极小，注气后维持至少1h的吸附就可使试样达到吸附平衡。试样直径为5mm，放大倍数为41.8倍，观测精度可以达到12μm。扫描时分400帧进行分阶段扫描，每帧叠加两幅，之后重建生成平面图像。重建层数是900层，如图1所示，图像的平面大小为2000×2000像素点。实验分析时对煤样的200，，300，400，500，600，700，800层附近分别选取连续的10层作为一组，并记为A，B，C，D，E，F，G共7组实验数据进行研究。实验数据采用基于Matlab软件所开发的程序进行处理。图10MPa孔隙压力下不同层位CT重建图像Fig.1CTimagesreonstructionofdifferentlayersunder0MPaporepressure2孔隙压力对煤体孔隙率的影响研究煤体孔隙率对于其渗透性的评价具有重要意义，前人通过压汞法可测得煤体原始孔隙率［17－18］，但无法实现对煤体吸附瓦斯后的孔隙率变化进行测定。本实验通过CT扫描技术不仅可对不同孔隙压力下煤体孔隙率进行测定，还可对孔隙个数以及孔隙平均面积的变化等细观特征进行统计比较，可以更加准确直观地了解煤吸附瓦斯的孔隙特99

孔隙率变化,孔隙压力,煤样,煤体

0%，且随着孔隙压力上升到0.5MPa时，孔隙率继续降低且降低趋势减校图3以B，D组与F组为例，对CT图像中煤体孔隙个数(孔隙像素团个数)与孔隙平均面积(孔隙团平均像素数)进行统计，可以看出，随着孔隙压力的升高，煤体孔隙个数与孔隙平均面积均有明显减校瓦斯气体解吸后，煤体孔隙率并未出现大幅回升，煤体孔隙个数与孔隙平均面积也无显著变化。这说明在煤吸附瓦斯过程中，瓦斯吸附填充并不是造成孔隙率降低的主要原因，孔隙率降低主要是由煤体骨架的膨胀变形使煤体中的孔隙被压密，孔隙数量与孔隙体积减小所引起的。图2煤样在不同孔隙压力下的孔隙率变化Fig.2Porositychangeofcoalsampleunderdifferentporepressures图3不同孔隙压力下孔隙个数与平均孔隙面积变化Fig.3Thechangeofporenumberandaverageporesizeunderdifferentporepressure值得注意的是，在煤吸附瓦斯过程中，煤样不同组别的孔隙率变化具有非均匀性。由表1可知，即使是在同一个细观煤样中，不同位置的孔隙率变化量与变化速度也有很大的差异。这是由于煤是具有非均质、各向异性的介质。多种煤岩类型的存在，以及孔隙裂隙的不均匀分布导致了煤吸附瓦斯孔隙结构变化的非均匀的特征。3孔隙压力对煤体膨胀变形的影响关于孔隙压力对煤体吸附膨胀的影响，文献［3］表1细观煤样不同组别煤体孔隙率的均值与标准差Table1Theaverageandstandarddeviationvaluesoftheporosityindifferentgroupsofthemeso-scalecoalsample孔隙率孔隙压力00.3MPa0.5MPa解吸均值/%7.6336.8296.6266.608标准差/10－37.1156.3566.6566.701通过利用电阻应变仪测定煤样吸附气体的膨胀特性，观测表明，煤体吸附气体时，膨胀变形服从朗格缪尔方程，即S=UVp/(1+Vp)(1)其中，S为煤体的

【参考文献】