外加氮?dú)庠诘蜐B煤層中流動(dòng)的溫度效應(yīng)及瓦斯增產(chǎn)機(jī)理.pdf

1、瓦斯抽采是防治煤礦瓦斯災(zāi)害的主要技術(shù)措施。然而，中國(guó)超過(guò)70％煤層滲透率小于1mD，隨著開(kāi)采深度的逐漸增加，煤體滲透率將更低，故瓦斯抽采效果并不理想。基于此，本文以提高低滲煤層瓦斯抽采率為切入點(diǎn)，對(duì)外加氮?dú)庠诿后w中流動(dòng)溫度效應(yīng)及瓦斯增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行研究。主要成果如下：
　　試驗(yàn)研究了不同煤階煤體破壞過(guò)程中能量演化機(jī)制：（1）循環(huán)應(yīng)力加載作用下，焦煤和無(wú)煙煤的最大偏應(yīng)力分別為41.3MPa和120.8MPa，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)變分別為14.4×

2、10-3和10.8×10-3；（2）無(wú)煙煤的儲(chǔ)能極限是焦煤的2.69倍，無(wú)煙煤最大耗散能密度是焦煤的3.19倍；（3）無(wú)煙煤初次能量釋放為92.8%，而焦煤為39.5%；基于此，確定了焦煤和無(wú)煙煤的注氣試驗(yàn)方案。
　　采用三軸伺服滲流裝置研究了外加氮?dú)庠诘蜐B焦煤中的流動(dòng)特性：（1）煤體的三軸抗壓強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和彈性模量隨氮?dú)鉁囟群蛪毫ι叨陆?，但變化趨?shì)不同；（2）外加氮?dú)庾⑷朊后w過(guò)程中，滲透率隨時(shí)間先出現(xiàn)一定幅度減小，然后突然

3、增加到特大值后維持基本穩(wěn)定；氮?dú)鉁囟仍礁?、氮?dú)鈮毫υ酱?，煤體的最大滲透率比越大；（3）多循環(huán)氮?dú)庾⑷胗欣诿后w的裂紋再次擴(kuò)展，其增加滲透率效果強(qiáng)于單次氮?dú)庾⑷搿?br>　　采用單軸氣動(dòng)致裂裝置研究了外加氮?dú)庠诘蜐B無(wú)煙煤中的流動(dòng)特性：（1）連續(xù)常溫外加氮?dú)庾饔孟拢S壓越大，煤體起裂壓力越大，起裂時(shí)間越短；（2）外加氮?dú)夥旨?jí)注入條件下，電阻率隨時(shí)間出現(xiàn)先減小再增大最后跳躍和先緩慢增大最后跳躍的兩種情況；煤體的起裂壓力隨氮?dú)鉁囟鹊纳叱式€性

4、減小；（3）煤體吸附氮?dú)饽芙档碗娮杪?，煤體的電阻率隨溫度的升高呈下降趨勢(shì)，裂隙擴(kuò)展能有效地切斷煤體的導(dǎo)電通道，提高煤體的電阻率；（4）外加氮?dú)庠诿后w流動(dòng)過(guò)程中，電阻率先下降是由于煤體對(duì)氮?dú)獾奈阶饔煤兔后w升溫作用綜合引起電阻率降低的效果大于氮?dú)鈱?duì)煤體裂隙擴(kuò)展引起電阻率升高的效果，煤體電阻率緩慢上升則恰恰相反；電阻率的跳躍，是煤體破裂阻礙導(dǎo)電通道的結(jié)果。
　　建立了外加氮?dú)庠诿后w流動(dòng)過(guò)程中的熱-流-固耦合數(shù)學(xué)模型，以平頂山礦區(qū)井下穿

5、層鉆孔為例，研究了外加氮?dú)庾⑷敫饕蛩貙?duì)滲流溫度效應(yīng)的影響：氮?dú)鉁囟?、注氣時(shí)間和鉆孔直徑對(duì)氮?dú)鉂B流的溫度效應(yīng)影響顯著，而氮?dú)鈮毫兔后w初始滲透率對(duì)氮?dú)鉂B流的溫度效應(yīng)影響甚微。
　　對(duì)標(biāo)準(zhǔn)煤樣（φ50mm×100mm）進(jìn)行了外加氮?dú)怛?qū)替瓦斯效果的模擬計(jì)算：（1）氮?dú)鉁囟仍礁?，甲烷的回收率增加越快，回收率越大，氮?dú)獾臏囟刃?yīng)顯著；（2）氮?dú)鈮毫υ酱?，甲烷產(chǎn)氣量極值越大，回收率增加速度越快；（3）從煤體回采的安全性和瓦斯利用的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，