發(fā)布時間：2020-02-02 08:38

【摘要】：為研究甲烷吸附孔隙壓力對煤膨脹變形的影響,實驗應(yīng)用μCT225k VFCB型高精度顯微CT實驗系統(tǒng),對直徑為5 mm的細(xì)觀煤樣進(jìn)行了不同孔隙壓力下的吸附瓦斯掃描實驗,并通過對其孔隙率與膨脹變形量的觀測與分析得到了煤吸附瓦斯細(xì)觀特性。研究發(fā)現(xiàn):在細(xì)觀實驗中煤樣吸附瓦斯會導(dǎo)致煤體孔隙率下降,并發(fā)生體積膨脹變形;體積膨脹變形規(guī)律符合朗格繆爾方程,且煤樣不同位置的孔隙率與體積變化均具有非均勻性。研究結(jié)果表明:在吸附瓦斯過程中,煤體骨架體積膨脹會導(dǎo)致煤體孔隙體積減小與外觀體積膨脹,且煤體骨架膨脹變形時更傾向于通過擠壓煤體原始孔隙來獲得膨脹空間。
【圖文】：

峁鉖嘁直?為:0，0.3，0.5MPa、解吸。在每個吸附狀態(tài)下，由于試樣極小，注氣后維持至少1h的吸附就可使試樣達(dá)到吸附平衡。試樣直徑為5mm，放大倍數(shù)為41.8倍，觀測精度可以達(dá)到12μm。掃描時分400幀進(jìn)行分階段掃描，每幀疊加兩幅，之后重建生成平面圖像。重建層數(shù)是900層，如圖1所示，圖像的平面大小為2000×2000像素點。實驗分析時對煤樣的200，，300，400，500，600，700，800層附近分別選取連續(xù)的10層作為一組，并記為A，B，C，D，E，F(xiàn)，G共7組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。實驗數(shù)據(jù)采用基于Matlab軟件所開發(fā)的程序進(jìn)行處理。圖10MPa孔隙壓力下不同層位CT重建圖像Fig.1CTimagesreonstructionofdifferentlayersunder0MPaporepressure2孔隙壓力對煤體孔隙率的影響研究煤體孔隙率對于其滲透性的評價具有重要意義，前人通過壓汞法可測得煤體原始孔隙率［17－18］，但無法實現(xiàn)對煤體吸附瓦斯后的孔隙率變化進(jìn)行測定。本實驗通過CT掃描技術(shù)不僅可對不同孔隙壓力下煤體孔隙率進(jìn)行測定，還可對孔隙個數(shù)以及孔隙平均面積的變化等細(xì)觀特征進(jìn)行統(tǒng)計比較，可以更加準(zhǔn)確直觀地了解煤吸附瓦斯的孔隙特99

0%，且隨著孔隙壓力上升到0.5MPa時，孔隙率繼續(xù)降低且降低趨勢減校圖3以B，D組與F組為例，對CT圖像中煤體孔隙個數(shù)(孔隙像素團(tuán)個數(shù))與孔隙平均面積(孔隙團(tuán)平均像素數(shù))進(jìn)行統(tǒng)計，可以看出，隨著孔隙壓力的升高，煤體孔隙個數(shù)與孔隙平均面積均有明顯減校瓦斯氣體解吸后，煤體孔隙率并未出現(xiàn)大幅回升，煤體孔隙個數(shù)與孔隙平均面積也無顯著變化。這說明在煤吸附瓦斯過程中，瓦斯吸附填充并不是造成孔隙率降低的主要原因，孔隙率降低主要是由煤體骨架的膨脹變形使煤體中的孔隙被壓密，孔隙數(shù)量與孔隙體積減小所引起的。圖2煤樣在不同孔隙壓力下的孔隙率變化Fig.2Porositychangeofcoalsampleunderdifferentporepressures圖3不同孔隙壓力下孔隙個數(shù)與平均孔隙面積變化Fig.3Thechangeofporenumberandaverageporesizeunderdifferentporepressure值得注意的是，在煤吸附瓦斯過程中，煤樣不同組別的孔隙率變化具有非均勻性。由表1可知，即使是在同一個細(xì)觀煤樣中，不同位置的孔隙率變化量與變化速度也有很大的差異。這是由于煤是具有非均質(zhì)、各向異性的介質(zhì)。多種煤巖類型的存在，以及孔隙裂隙的不均勻分布導(dǎo)致了煤吸附瓦斯孔隙結(jié)構(gòu)變化的非均勻的特征。3孔隙壓力對煤體膨脹變形的影響關(guān)于孔隙壓力對煤體吸附膨脹的影響，文獻(xiàn)［3］表1細(xì)觀煤樣不同組別煤體孔隙率的均值與標(biāo)準(zhǔn)差Table1Theaverageandstandarddeviationvaluesoftheporosityindifferentgroupsofthemeso-scalecoalsample孔隙率孔隙壓力00.3MPa0.5MPa解吸均值/%7.6336.8296.6266.608標(biāo)準(zhǔn)差/10－37.1156.3566.6566.701通過利用電阻應(yīng)變儀測定煤樣吸附氣體的膨脹特性，觀測表明，煤體吸附氣體時，膨脹變形服從朗格繆爾方程，即S=UVp/(1+Vp)(1)其中，S為煤體的

【參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：2575663