低阶煤层瓦斯解吸渗流及其对瓦斯抽采的控制机制
发布时间：2021-12-08 23:27
煤炭是我国的主要能源,在一次能源生产和消费结构中的比重分别占76%和64%,《国家能源发展战略20302050》报告指出,2050年我国煤炭消费将依然在2530亿吨。然而在我国煤炭资源中,低变质程度（低阶）煤占比约46%。因此,低阶煤的开发对于我国的能源供应具有重要意义。瓦斯是煤的伴生物,是成煤过程中形成并赋存于煤储层的气体。我国煤层瓦斯资源丰富,低阶煤瓦斯资源量占瓦斯资源总量的43%,且主要分布于我国西部地区的早侏罗纪含煤盆地。瓦斯是煤矿安全的主要灾害源和强温室气体,更是一种清洁能源。然而我国低阶煤层瓦斯资源的开发尚处于初步阶段,相关的科学问题亟待深入研究。本文以我国西部彬长矿区侏罗纪低阶煤层的结构特征与瓦斯赋存特性为基础,针对低阶煤层瓦斯抽采的难题,采用试验研究、理论分析、数值计算与工程实践相结合的方式,研究阐明了侏罗纪低阶煤的微观结构特征及其对储层瓦斯解吸渗流与抽采的控制机制,提出了基于低阶煤瓦斯解吸规律的“井上下立体耦合式”的瓦斯抽采新模式。其主要成果如下:首先,采用氮吸附、核磁共振及红外光谱分析方法,获得了侏罗纪低阶煤的微观结构及其...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
显微光度计测试系统
从表 2-2 中可以看出，彬长矿区各矿主采煤层均为镜质组反射率 0.60%～0.70%的低阶煤，从显微组分的测定结果可以看出，煤样镜质组反射率变化范围为 14.90%～54.72%，惰质组变化范围为 41.51%～82.63%，而壳质组变化范围仅为 1.80%～6.21%，低阶煤中镜质组含量略小于惰质组含量，壳质组在低阶煤中含量最少，所有低阶煤中镜质组以基质镜质体为主，惰质组以半丝质体为主，碎屑惰质体、氧化丝质体分别具有不同的占比。如图 2-2 所示，低阶煤中主要以碳酸盐类矿物为主，根据图 2-2 煤样显微图片显示，该类矿物为方解石，少见粘土类矿物，其中文家坡 4上煤样中有机质总量明显较低，其矿物组分中含有还含有一定的硫化物与氧化硅（根据显微组分测定结果为石英）。与中高阶煤[173]相比，低阶煤中镜质组含量相对较低，中高阶煤中镜质组含量远大于惰质组，且中高阶煤中所含矿物主要以粘土类矿物和硫化物为主。大佛寺 4上煤 53.29 43.06 3.65 97.16 0.71 0 2.13 0 0.63胡家河 4 煤 14.90 78.89 6.21 99.38 0 0.62 0 0 0.70小庄矿 4 煤 52.09 44.65 3.26 99.08 0 0 0.92 0 0.60文家坡 4上煤 15.57 82.63 1.80 85.65 0.51 4.10 9.23 0.51 0.69
2 低阶煤储层气固耦合微观控制机制析12-2008《煤的工业分析方法》采用图 2-3 所示 5E-MAC工业分析，其结果如表 2-3 所示。从结果可知，彬长矿近，煤样中水分变化范围为 4.32%～6.78%，水分子主，水分含量主要取决于煤样内表面积的大小[176]，与煤的围为 5.78%～12.22%，大佛寺 4 煤的灰分含量最高；挥8.59%，固定碳含量变化范围为 54.15%～65.69%。工业分析的结果[173]对比可知，低阶煤中挥发分含量明定碳含量相对较高，挥发分含量随着镜质组反射率的着反射率的增加呈升高趋势。因此，挥发分含量与镜质参考依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压气液两相射流多级脉动破煤岩特性及致裂机理[J]. 林柏泉,王瑞,乔时和. 煤炭学报. 2018(01)
[2]水力割缝煤体多场耦合响应规律研究[J]. 林柏泉,赵洋,刘厅,郑苑楠,孔佳. 西安科技大学学报. 2017(05)
[3]基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟[J]. 范超军,李胜,罗明坤,杨振华,张浩浩,王硕. 煤炭学报. 2016(12)
[4]不同煤级煤低温氮的多段吸附特征[J]. 张小东,丁哲,王勃,张硕. 河南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]三维交叉裂隙渗流特性的实验和数值模拟研究[J]. 刘日成,李博,蒋宇静,蔚立元. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]新疆低煤阶煤层气的特殊地质条件及研究方向[J]. 王刚,杨曙光,张娜,舒坤. 中国煤层气. 2016(04)
[7]含瓦斯水合物煤体强度特性三轴试验研究[J]. 高霞,刘文新,高橙,吴强,张保勇,王立娜. 煤炭学报. 2015(12)
[8]煤粒瓦斯解吸温度变化影响因素及与突出的关系研究[J]. 史广山,魏风清,高志扬. 安全与环境学报. 2015(05)
[9]动静载荷作用下含孔洞硬岩损伤演化的核磁共振特性试验研究[J]. 李夕兵,翁磊,谢晓锋,吴秋红. 岩石力学与工程学报. 2015(10)
[10]不同含水率下煤岩弹性模量变化实验分析[J]. 岑朝正,蒋永芳,蒋朝军. 价值工程. 2015(24)
博士论文
[1]低透煤割缝弱化松弛机理及流固耦合特性研究[D]. 邹全乐.中国矿业大学 2016
[2]低阶煤的微观结构特征及其对瓦斯吸附解吸的控制机理研究[D]. 李子文.中国矿业大学 2015
[3]含瓦斯煤渗透特性影响因素与煤层瓦斯抽采模拟研究[D]. 袁梅.重庆大学 2014
[4]外加水分对煤的瓦斯解吸动力学特性影响研究[D]. 陈向军.中国矿业大学 2013
[5]不同煤阶软硬煤的吸附—解吸规律及应用[D]. 孙丽娟.中国矿业大学（北京） 2013
[6]贵州突出煤理化特性及其对甲烷吸附的分子模拟研究[D]. 李希建.中国矿业大学 2013
[7]煤与瓦斯突出逾渗机理与演化规律研究[D]. 马玉林.辽宁工程技术大学 2012
[8]核磁共振T2谱反演及流体识别评价方法研究[D]. 李鹏举.东北石油大学 2010
[9]基于细观力学试验的含瓦斯煤体变形破坏规律研究[D]. 刘延保.重庆大学 2009
[10]含瓦斯煤THM耦合模型及煤与瓦斯突出模拟研究[D]. 陶云奇.重庆大学 2009
硕士论文
[1]马兰矿煤体渗流特性及超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究[D]. 郭金岩.太原理工大学 2016
[2]核磁共振储层物性参数评价方法[D]. 陈鸿安.东北石油大学 2015
[3]煤改制活性炭及表面改性对甲烷吸附的影响[D]. 郇璇.河南理工大学 2015
[4]声波作用下煤层气吸附解吸特性研究[D]. 宋晓.重庆大学 2014
[5]岩石三轴压缩破裂失稳的声发射突变特征及预测研究[D]. 王德超.山东科技大学 2011
[6]环境温度对颗粒煤瓦斯解吸规律的影响实验研究[D]. 李宏.河南理工大学 2011
[7]泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D]. 孙锐.河南理工大学 2010
[8]水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D]. 陈攀.河南理工大学 2010
[9]水分对阳泉3号煤层瓦斯解吸规律影响的实验研究[D]. 李晓华.河南理工大学 2010
[10]钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟[D]. 郭涛.重庆大学 2010
本文编号：3529449
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
显微光度计测试系统
从表 2-2 中可以看出，彬长矿区各矿主采煤层均为镜质组反射率 0.60%～0.70%的低阶煤，从显微组分的测定结果可以看出，煤样镜质组反射率变化范围为 14.90%～54.72%，惰质组变化范围为 41.51%～82.63%，而壳质组变化范围仅为 1.80%～6.21%，低阶煤中镜质组含量略小于惰质组含量，壳质组在低阶煤中含量最少，所有低阶煤中镜质组以基质镜质体为主，惰质组以半丝质体为主，碎屑惰质体、氧化丝质体分别具有不同的占比。如图 2-2 所示，低阶煤中主要以碳酸盐类矿物为主，根据图 2-2 煤样显微图片显示，该类矿物为方解石，少见粘土类矿物，其中文家坡 4上煤样中有机质总量明显较低，其矿物组分中含有还含有一定的硫化物与氧化硅（根据显微组分测定结果为石英）。与中高阶煤[173]相比，低阶煤中镜质组含量相对较低，中高阶煤中镜质组含量远大于惰质组，且中高阶煤中所含矿物主要以粘土类矿物和硫化物为主。大佛寺 4上煤 53.29 43.06 3.65 97.16 0.71 0 2.13 0 0.63胡家河 4 煤 14.90 78.89 6.21 99.38 0 0.62 0 0 0.70小庄矿 4 煤 52.09 44.65 3.26 99.08 0 0 0.92 0 0.60文家坡 4上煤 15.57 82.63 1.80 85.65 0.51 4.10 9.23 0.51 0.69
2 低阶煤储层气固耦合微观控制机制析12-2008《煤的工业分析方法》采用图 2-3 所示 5E-MAC工业分析，其结果如表 2-3 所示。从结果可知，彬长矿近，煤样中水分变化范围为 4.32%～6.78%，水分子主，水分含量主要取决于煤样内表面积的大小[176]，与煤的围为 5.78%～12.22%，大佛寺 4 煤的灰分含量最高；挥8.59%，固定碳含量变化范围为 54.15%～65.69%。工业分析的结果[173]对比可知，低阶煤中挥发分含量明定碳含量相对较高，挥发分含量随着镜质组反射率的着反射率的增加呈升高趋势。因此，挥发分含量与镜质参考依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压气液两相射流多级脉动破煤岩特性及致裂机理[J]. 林柏泉,王瑞,乔时和. 煤炭学报. 2018(01)
[2]水力割缝煤体多场耦合响应规律研究[J]. 林柏泉,赵洋,刘厅,郑苑楠,孔佳. 西安科技大学学报. 2017(05)
[3]基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟[J]. 范超军,李胜,罗明坤,杨振华,张浩浩,王硕. 煤炭学报. 2016(12)
[4]不同煤级煤低温氮的多段吸附特征[J]. 张小东,丁哲,王勃,张硕. 河南理工大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]三维交叉裂隙渗流特性的实验和数值模拟研究[J]. 刘日成,李博,蒋宇静,蔚立元. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[6]新疆低煤阶煤层气的特殊地质条件及研究方向[J]. 王刚,杨曙光,张娜,舒坤. 中国煤层气. 2016(04)
[7]含瓦斯水合物煤体强度特性三轴试验研究[J]. 高霞,刘文新,高橙,吴强,张保勇,王立娜. 煤炭学报. 2015(12)
[8]煤粒瓦斯解吸温度变化影响因素及与突出的关系研究[J]. 史广山,魏风清,高志扬. 安全与环境学报. 2015(05)
[9]动静载荷作用下含孔洞硬岩损伤演化的核磁共振特性试验研究[J]. 李夕兵,翁磊,谢晓锋,吴秋红. 岩石力学与工程学报. 2015(10)
[10]不同含水率下煤岩弹性模量变化实验分析[J]. 岑朝正,蒋永芳,蒋朝军. 价值工程. 2015(24)
博士论文
[1]低透煤割缝弱化松弛机理及流固耦合特性研究[D]. 邹全乐.中国矿业大学 2016
[2]低阶煤的微观结构特征及其对瓦斯吸附解吸的控制机理研究[D]. 李子文.中国矿业大学 2015
[3]含瓦斯煤渗透特性影响因素与煤层瓦斯抽采模拟研究[D]. 袁梅.重庆大学 2014
[4]外加水分对煤的瓦斯解吸动力学特性影响研究[D]. 陈向军.中国矿业大学 2013
[5]不同煤阶软硬煤的吸附—解吸规律及应用[D]. 孙丽娟.中国矿业大学（北京） 2013
[6]贵州突出煤理化特性及其对甲烷吸附的分子模拟研究[D]. 李希建.中国矿业大学 2013
[7]煤与瓦斯突出逾渗机理与演化规律研究[D]. 马玉林.辽宁工程技术大学 2012
[8]核磁共振T2谱反演及流体识别评价方法研究[D]. 李鹏举.东北石油大学 2010
[9]基于细观力学试验的含瓦斯煤体变形破坏规律研究[D]. 刘延保.重庆大学 2009
[10]含瓦斯煤THM耦合模型及煤与瓦斯突出模拟研究[D]. 陶云奇.重庆大学 2009
硕士论文
[1]马兰矿煤体渗流特性及超长钻孔瓦斯抽采数值模拟研究[D]. 郭金岩.太原理工大学 2016
[2]核磁共振储层物性参数评价方法[D]. 陈鸿安.东北石油大学 2015
[3]煤改制活性炭及表面改性对甲烷吸附的影响[D]. 郇璇.河南理工大学 2015
[4]声波作用下煤层气吸附解吸特性研究[D]. 宋晓.重庆大学 2014
[5]岩石三轴压缩破裂失稳的声发射突变特征及预测研究[D]. 王德超.山东科技大学 2011
[6]环境温度对颗粒煤瓦斯解吸规律的影响实验研究[D]. 李宏.河南理工大学 2011
[7]泥浆介质非等压条件下煤芯瓦斯解吸规律研究[D]. 孙锐.河南理工大学 2010
[8]水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D]. 陈攀.河南理工大学 2010
[9]水分对阳泉3号煤层瓦斯解吸规律影响的实验研究[D]. 李晓华.河南理工大学 2010
[10]钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟[D]. 郭涛.重庆大学 2010
本文编号：3529449
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3529449.html
