高温热驱动下煤体结构演化及动态解吸规律研究
发布时间：2021-07-23 05:16
我国高瓦斯突出煤层普遍具有高瓦斯、低渗透、强吸附的特征,瓦斯抽采难,需要采用强化增透措施。现今普遍适用的增透措施主要有:水力割缝,水力压裂,水力冲孔等。但是还难以满足煤矿生产实际需要,迫切需要探索新的强化增透原理和技术。本文以热驱动煤体瓦斯解吸流动为主线,采用理论与实验相结合的研究手段,从分子层面、孔隙层面和裂隙层面深入研究了高温热驱动下煤体结构演化及动态解吸规律,得到了以下主要结论。（1）通过提高煤体温度,会改变煤体的分子结构的组成,高温热驱动使羟基和含氧官能团含量减少,使脂肪烃受热分解,导致煤体赋水能力下降,吸附瓦斯性能减弱,分解产生的气体使闭合孔隙打开,孔隙发育并连通,提高甲烷的运移能力。（2）利用核磁共振对不同高温热驱动下煤体孔隙结构改变情况进行了相应分析,研究发现,提高煤体温度能有效促进孔隙发育,从微孔、小孔向中、大孔转化,温度越高,对孔隙影响越大。（3）高温热驱动能有效改变煤体的裂隙结构,能不同幅度的增加裂隙数量和裂隙尺度,热驱动的温度越高,能更大程度的扩展裂隙,裂隙对超声波的阻断效应越明显,从而导致横纵波波速降低。（4）研究了25℃和80200℃高温...
【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】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究思路示意图
80v红外光谱仪对煤样品进行官能团表征，设备如下图2-1所示，实验采用的方法是KBr压片透射法，实验步骤如下所述：（1）煤粉干燥。将原始煤样和高温热处理过的煤样研磨至200目以下，然后置于干燥箱中充分干燥24h以消除水分对红外测试的影响。（2）压片制龋将处理完毕的煤粉称取1.0μg，然后取150μmg的KBr制成KBr混合颗粒，置于模具中，设定压力机为10MPa，制成压片。（3）光谱测试。将压制好的压片放于红外光谱仪中，设定光谱范围为4000~400cm-1，总共进行了32次扫描以获得高质量的图谱，得到相应煤样红外光谱曲线图。图2-1TENSOR-27型傅里叶红外变换光谱仪[28]Figure2-1FourierinfraredconversionspectrometerofTENSOR-272.2.2原始煤样红外光谱
硕士学位论文20琚宜文2005超大孔＞2×104大孔5×103~2×104中孔102~5×103过渡孔15~102微孔＜15[96]蔡益栋2013微裂隙＞104超大孔103~104大孔102~103中孔10~102小孔2~10微孔＜2[99]结合本文的研究目的，研究高温热驱动煤体孔隙结构的改变，因此设置本文中的孔径分类如下：0nm~10nm为微小孔，10nm~102nm为中孔，大于102nm为大孔及微裂隙[100]。3.1.2煤样孔隙结构测试手段如图3-1为现今常用的孔隙结构测试方法[101,102]，包括扫描电镜法，压汞法，核磁共振法等，彩色条带代表测试方法对孔径大小的测试范围[103]。图3-1不同测试方法及其可测的孔径范围[39]Figure3-1Variousporedistributionsfordifferentanalyticalmethods核磁共振作为一种无损检测技术，能测试全范围孔隙，测试时间短，并且不会破坏孔隙，相较于气体吸附法、压汞法、显微观测法有一定的优越性。低场NMR是指在低外部磁场中进行NMR测量。在低外部磁场中，岩石孔隙流体中的含氢分子在NMR磁场中被激发，并且氢的量已证明是这些激发的弛豫时间和弛豫分布的函数[104,105]。偶极矩的振幅与孔隙流体中氢原子的数量成比例增加，因此该方法可以确定任何种类的孔隙中的流体数量。NMR弛豫包括自由弛豫2BT、表面弛豫2ST和扩散弛豫2DT：2E22222211111(GT)()12BSDBSDTTTTTV（3-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤体基质热开裂增透模型[J]. 滕腾,王伟,刘斌,郭俊廷. 煤炭学报. 2020(02)
[2]注热蒸汽后的煤体微观孔裂隙演化规律[J]. 李永,林柏泉,杨凯,朱传杰,孔佳. 煤炭科学技术. 2019(12)
[3]我国煤层气开发技术现状与发展方向[J]. 徐凤银,肖芝华,陈东,闫霞,武男,李相方,苗亚楠. 煤炭科学技术. 2019(10)
[4]注热联合井群开采煤层气运移采出规律数值模拟[J]. 杨新乐,秘旭晴,张永利,李惟慷,戴文智,王亚鹏,苏畅. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(04)
[5]2013—2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J]. 蒋星星,李春香. 煤炭工程. 2019(01)
[6]探讨MATLAB在数字图像处理中的应用[J]. 王宗宜. 数字通信世界. 2019(01)
[7]H2O和CH4在煤表面竞争吸附机理[J]. 林柏泉,李永,杨凯,孔佳,张祥良. 西安科技大学学报. 2018(06)
[8]浸水褐煤的自燃特性及红外分析[J]. 邓存宝,乔玲,王雪峰,戴凤威,张勋. 中国安全科学学报. 2018(08)
[9]2007—2016年全国煤矿事故统计及发生规律研究[J]. 诸利一,吕文生,杨鹏,王志凯,王昆. 煤矿安全. 2018(07)
[10]基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理[J]. 柴琳,吴世跃,魏杰,牛煜. 煤田地质与勘探. 2018(03)
硕士论文
[1]高压驱替相与CH4在煤体中的吸附解吸及扩散与渗流规律研究[D]. 高子善.中国矿业大学 2019
[2]热蒸汽注热作用下的煤体热响应特性及其增透效果的研究[D]. 杨凯.中国矿业大学 2019
[3]煤蒸汽作用下不同粒度、气体压力的解吸特性实验研究[D]. 张超.太原理工大学 2018
[4]煤分子吸附CH4、CO2、H2O和O2的机理研究[D]. 丁艺.华北电力大学 2018
[5]注二氧化碳驱替甲烷实验及数值模拟分析[D]. 王永康.中国矿业大学 2016
[6]低渗透煤层气注热开采及其渗透规律研究[D]. 李志伟.太原理工大学 2015
[7]微波加热开采煤层气解吸渗流过程数值模拟研究[D]. 崔宏达.辽宁工程技术大学 2015
[8]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[9]低透气性煤层深孔预裂爆破增透抽采瓦斯技术研究[D]. 丁洋.西安科技大学 2013
[10]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
本文编号：3298677
【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】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究思路示意图
80v红外光谱仪对煤样品进行官能团表征，设备如下图2-1所示，实验采用的方法是KBr压片透射法，实验步骤如下所述：（1）煤粉干燥。将原始煤样和高温热处理过的煤样研磨至200目以下，然后置于干燥箱中充分干燥24h以消除水分对红外测试的影响。（2）压片制龋将处理完毕的煤粉称取1.0μg，然后取150μmg的KBr制成KBr混合颗粒，置于模具中，设定压力机为10MPa，制成压片。（3）光谱测试。将压制好的压片放于红外光谱仪中，设定光谱范围为4000~400cm-1，总共进行了32次扫描以获得高质量的图谱，得到相应煤样红外光谱曲线图。图2-1TENSOR-27型傅里叶红外变换光谱仪[28]Figure2-1FourierinfraredconversionspectrometerofTENSOR-272.2.2原始煤样红外光谱
硕士学位论文20琚宜文2005超大孔＞2×104大孔5×103~2×104中孔102~5×103过渡孔15~102微孔＜15[96]蔡益栋2013微裂隙＞104超大孔103~104大孔102~103中孔10~102小孔2~10微孔＜2[99]结合本文的研究目的，研究高温热驱动煤体孔隙结构的改变，因此设置本文中的孔径分类如下：0nm~10nm为微小孔，10nm~102nm为中孔，大于102nm为大孔及微裂隙[100]。3.1.2煤样孔隙结构测试手段如图3-1为现今常用的孔隙结构测试方法[101,102]，包括扫描电镜法，压汞法，核磁共振法等，彩色条带代表测试方法对孔径大小的测试范围[103]。图3-1不同测试方法及其可测的孔径范围[39]Figure3-1Variousporedistributionsfordifferentanalyticalmethods核磁共振作为一种无损检测技术，能测试全范围孔隙，测试时间短，并且不会破坏孔隙，相较于气体吸附法、压汞法、显微观测法有一定的优越性。低场NMR是指在低外部磁场中进行NMR测量。在低外部磁场中，岩石孔隙流体中的含氢分子在NMR磁场中被激发，并且氢的量已证明是这些激发的弛豫时间和弛豫分布的函数[104,105]。偶极矩的振幅与孔隙流体中氢原子的数量成比例增加，因此该方法可以确定任何种类的孔隙中的流体数量。NMR弛豫包括自由弛豫2BT、表面弛豫2ST和扩散弛豫2DT：2E22222211111(GT)()12BSDBSDTTTTTV（3-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤体基质热开裂增透模型[J]. 滕腾,王伟,刘斌,郭俊廷. 煤炭学报. 2020(02)
[2]注热蒸汽后的煤体微观孔裂隙演化规律[J]. 李永,林柏泉,杨凯,朱传杰,孔佳. 煤炭科学技术. 2019(12)
[3]我国煤层气开发技术现状与发展方向[J]. 徐凤银,肖芝华,陈东,闫霞,武男,李相方,苗亚楠. 煤炭科学技术. 2019(10)
[4]注热联合井群开采煤层气运移采出规律数值模拟[J]. 杨新乐,秘旭晴,张永利,李惟慷,戴文智,王亚鹏,苏畅. 吉林大学学报(地球科学版). 2019(04)
[5]2013—2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J]. 蒋星星,李春香. 煤炭工程. 2019(01)
[6]探讨MATLAB在数字图像处理中的应用[J]. 王宗宜. 数字通信世界. 2019(01)
[7]H2O和CH4在煤表面竞争吸附机理[J]. 林柏泉,李永,杨凯,孔佳,张祥良. 西安科技大学学报. 2018(06)
[8]浸水褐煤的自燃特性及红外分析[J]. 邓存宝,乔玲,王雪峰,戴凤威,张勋. 中国安全科学学报. 2018(08)
[9]2007—2016年全国煤矿事故统计及发生规律研究[J]. 诸利一,吕文生,杨鹏,王志凯,王昆. 煤矿安全. 2018(07)
[10]基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理[J]. 柴琳,吴世跃,魏杰,牛煜. 煤田地质与勘探. 2018(03)
硕士论文
[1]高压驱替相与CH4在煤体中的吸附解吸及扩散与渗流规律研究[D]. 高子善.中国矿业大学 2019
[2]热蒸汽注热作用下的煤体热响应特性及其增透效果的研究[D]. 杨凯.中国矿业大学 2019
[3]煤蒸汽作用下不同粒度、气体压力的解吸特性实验研究[D]. 张超.太原理工大学 2018
[4]煤分子吸附CH4、CO2、H2O和O2的机理研究[D]. 丁艺.华北电力大学 2018
[5]注二氧化碳驱替甲烷实验及数值模拟分析[D]. 王永康.中国矿业大学 2016
[6]低渗透煤层气注热开采及其渗透规律研究[D]. 李志伟.太原理工大学 2015
[7]微波加热开采煤层气解吸渗流过程数值模拟研究[D]. 崔宏达.辽宁工程技术大学 2015
[8]微波热解条件下准东煤煤焦结构变化过程及其反应性研究[D]. 方来熙.哈尔滨工业大学 2014
[9]低透气性煤层深孔预裂爆破增透抽采瓦斯技术研究[D]. 丁洋.西安科技大学 2013
[10]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
本文编号：3298677
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