本文關(guān)鍵詞：水力化措施中的水鎖效應(yīng)及其解除方法實驗研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著煤礦開采強(qiáng)度的加大，瓦斯災(zāi)害事故日益凸顯，其約占煤礦事故總量的80%～90%。水力化措施是瓦斯治理的有效方法，然而外來水的侵入易造成水鎖效應(yīng)，水鎖效應(yīng)是抑制瓦斯抽采的不良因素，如何快速、有效地解除水鎖效應(yīng)已成為實現(xiàn)煤礦提高瓦斯抽采中亟待解決的重大問題之一。 針對瓦斯抽采中的水鎖效應(yīng)這一科學(xué)問題，本文利用實驗方法從表面活性劑性能實驗研究、飽和溶液狀態(tài)下煤樣液相滯留效應(yīng)的核磁共振研究、基于離心分離和煤水相自吸的水鎖解除評價實驗等方面探討利用表面活性劑解除水鎖效應(yīng)的可行性，提出利用煤層注水中添加表面活性劑來解除水鎖效應(yīng)，取得如下主要研究成果： 首先，分析了水鎖效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。毛細(xì)管自吸作用和液相滯留效應(yīng)是導(dǎo)致水鎖傷害的主要原因；煤層物理性質(zhì)（主要包括孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率、原始含水飽和度等）、流體界面張力、毛細(xì)管力、水侵入深度等是影響煤層水鎖效應(yīng)的重要因素；利用表面活性劑降低毛細(xì)管力，并確立了篩選標(biāo)準(zhǔn)：使溶液表面張力降低，使溶液在煤表面形成的接觸角增大或者不減小，使煤孔隙不會產(chǎn)生閉合、收縮現(xiàn)象，使液相滯留效應(yīng)降低或不增強(qiáng)。 其次，評價了表面活性劑的性能。表面活性劑達(dá)到臨界膠束濃度時，其對應(yīng)的濃度很小，降低溶液表面張力的效能不同；高分子CMC溶液在煤表面形成的接觸角比水的大，陰離子、陽離子、非離子、兩性離子表面活性劑溶液在煤表面形成的接觸角比水的小；經(jīng)過飽和水處理后，煤樣的微孔孔容減少，小孔孔容、中孔孔容、大孔孔容、總孔容、平均孔徑皆增大；高分子CMC溶液可以顯著降低毛細(xì)管力，在較高變質(zhì)程度煤中使用可以將毛細(xì)管力變成瓦斯抽采的動力。 再次，利用核磁共振方法研究了煤樣的液相滯留效應(yīng)。煤樣在飽和水狀態(tài)下所測的束縛流體飽和度比飽和高分子CMC溶液狀態(tài)下高；同等條件下，煤樣在飽和高分子CMC條件下，滯留在煤體中的水要少，液相滯留效應(yīng)微弱，水鎖效應(yīng)得到有效緩解；大孔孔容與束縛流體飽和度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，兩者之間的關(guān)聯(lián)模型為：Sl=-1827.11Vm+97.62。 最后，利用離心分離和煤水相自吸實驗評價了水鎖效應(yīng)的解除效果。同等變質(zhì)條件下，離心單位質(zhì)量煤中的水比CMC溶液需要更大的離心力，單位質(zhì)量煤吸水量大于吸高分子CMC溶液的質(zhì)量；在高分子CMC表面活性劑溶液加入后，煤自吸作用得到減緩，使單位質(zhì)量煤樣吸水量-時間曲線上升趨勢更平緩，，具有防水鎖效果。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD712

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本文編號：1316718