煤层孔隙水中瓦斯运移规律研究

发布时间：2017-09-12 07:42

  本文关键词：煤层孔隙水中瓦斯运移规律研究

  更多相关文章： 甲烷扩散运移 甲烷溶解 甲烷浓度 扩散系数

【摘要】：部分煤层顶底板岩层中含有裂隙水,当穿层钻孔沟通了煤层和顶底板后,裂隙中的水会进入煤层中。在瓦斯抽采过程中,瓦斯除了在煤层裂隙中依靠压力梯度驱动下向前运移;也在煤的裂隙水中依靠浓度梯度作用下扩散运移。这种运移方式前人研究较少。本论文构建了瓦斯在水中,煤孔隙水中的扩散运移实验装置。开展了甲烷在水中及煤孔隙水中扩散实验,研究了温度、压力、矿化度、表面活性剂等因素对甲烷扩散运移的影响。(1)建立了甲烷在水中和煤孔隙水中的扩散实验装置,通过测试气室中甲烷浓度的变化,绘制甲烷浓度随时间的曲线。通过建立的扩散系数求解模型,求解甲烷的扩散系数,得出甲烷扩散变化规律。(2)温度越高,测得甲烷浓度值越小,甲烷扩散系数越大。温度升高,水中的甲烷溶解降低,使得水中甲烷浓度降低;水的粘度降低,减小了甲烷在水中的扩散阻力,促进甲烷的扩散。气体压力越大,进入到水中的甲烷就越多,水中的甲烷浓度就越大,浓度差越大,扩散越快,扩散系数越大。通过建立的甲烷扩散数学模型模拟了温度和压力对甲烷扩散的影响,与实验所得影响规律一致。(3)水中矿化度越大,测得甲烷浓度就越低,扩散系数就越小,扩散系数与矿化度成负相关关系。矿化度降低水的效间隙度和水合分子数量,减小甲烷分子扩散通道和载体,从而降低了甲烷在水中的扩散。(4)测得甲烷浓度随着表面活性剂浓度的增加而增加,但增量不断的减小。甲烷在水中扩散系数随着表面活性剂浓度成正相关。表面活性剂可以降低水的表面张力和表面自由能,使得水中甲烷浓度增加,促进甲烷扩散。(5)煤层孔隙水中甲烷的扩散相较纯水中扩散时间明显要长,扩散系数较小。甲烷在煤孔隙水中扩散受到孔隙骨架、孔隙度、曲折度影响。甲烷的扩散系数随着孔隙度的增加而增大。煤样孔隙度越大,扩散通道越大,扩散阻力越小,甲烷扩散就越快。甲烷的扩散系数与孔隙度的关系如下所示:De=0.93×10~(-9)·φ~(1.2)
【关键词】：甲烷扩散运移 甲烷溶解 甲烷浓度 扩散系数
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 变量注释表15-16
• 1 绪论16-25
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 研究现状及问题分析17-23
• 1.3 研究内容和方法23-25
• 2 甲烷在水溶液中运移理论25-34
• 2.1 甲烷在水溶液中溶解机理25-30
• 2.2 甲烷在水溶液中扩散机理30-32
• 2.3 本章小结32-34
• 3 甲烷在水溶液及孔隙水中扩散运移实验装置34-43
• 3.1 实验设计34-35
• 3.2 实验装置35-37
• 3.3 实验流程37-39
• 3.4 甲烷扩散系数的计算方法39-41
• 3.5 本章小结41-43
• 4 甲烷在水溶液中扩散的数值模拟43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 甲烷扩散物理模型建立43-45
• 4.3 甲烷扩散几何模型45-46
• 4.4 甲烷扩散数值模拟结果及分析46-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 甲烷在水溶液和煤层孔隙水中的扩散实验56-69
• 5.1 引言56
• 5.2 甲烷在水溶液中扩散实验56-65
• 5.3 甲烷在煤层孔隙水中扩散实验65-67
• 5.4 本章小结67-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 主要结论69-70
• 6.2 本文创新点70
• 6.3 研究展望70-71
• 参考文献71-76
• 作者简历76-78
• 学位论文数据集78

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本文编号：835964