基于阻抗測試法煤體中瓦斯水合物形成動力學(xué)研究

發(fā)布時間：2020-10-11 19:10

　　煤與瓦斯突出事故頻發(fā)嚴重威脅煤礦生產(chǎn)安全,成為我國礦業(yè)發(fā)展中亟待解決的重大問題。瓦斯水合固化防突新技術(shù)旨在防治煤與瓦斯突出事故。準確測定瓦斯水合物在煤體中的分布特征,獲得煤體中瓦斯水合物生長速率、含水合物飽和度、含氣量隨著煤體結(jié)構(gòu)特性、瓦斯賦存特征、注水參數(shù)的變化規(guī)律,明晰瓦斯水合物在煤體中的形成機制,可以為優(yōu)化瓦斯水合固化防突工藝提供理論依據(jù),實現(xiàn)煤層突出危險區(qū)域靶向消除,對瓦斯水合固化防突新技術(shù)的工程化具有重要的應(yīng)用價值。本文作者設(shè)計并搭建了可視化瓦斯水合物可變體積相平衡測定實驗裝置、瓦斯水合物動力學(xué)高壓實驗系統(tǒng)、以及瓦斯水合固化反應(yīng)阻抗監(jiān)測系統(tǒng),針對不同煤礦的突出煤樣,測定了煤體孔隙/裂隙分布特征,基于煤體中瓦斯水合物形成條件,確定了適用于阻抗監(jiān)測系統(tǒng)的溶液組成,考察了煤體孔隙度/裂隙度、瓦斯壓力/濃度、煤體含水飽和度對瓦斯水合物生長速率、含氣量和含水合物飽和度的影響規(guī)律。研究表明:(1)在瓦斯水合固化反應(yīng)體系的液相中添加Na Cl溶液,能夠?qū)⒆杩箿y試法成功應(yīng)用于煤體中瓦斯水合物生長速率、含氣量和含水合物飽和度的測定與計算,隨著溶液中Na Cl質(zhì)量分數(shù)的增加,水合物形成的相平衡壓力升高,誘導(dǎo)期延長,成核速率降低,阻抗系統(tǒng)穩(wěn)定性增強,阻抗監(jiān)測煤體中瓦斯水合固化體系的最適復(fù)配溶液組成為3%的Na Cl和500mg/L的SDS。(2)煤體孔隙度與裂隙度較大的體系中瓦斯水合物生長速率較快、含氣量較高、含水合物飽和度較大。不同孔隙/裂隙煤體中瓦斯水合物水合指數(shù)均大于理論值5.75。(3)瓦斯水合物成核階段,由于瓦斯氣中各組分濃度和壓力的影響,誘導(dǎo)時間隨瓦斯中CH4濃度的下降呈先減小后增大的變化趨勢,隨氣相壓力的增大逐漸減小。瓦斯水合物生長階段,氣相壓力較大、CH4濃度較高體系中瓦斯水合物形成量較大,含水合物飽和度較高。氣相壓力對瓦斯水合物含氣率影響較小,CH4濃度較低體系中瓦斯水合物含氣率較高,孔穴填充率較大。(4)瓦斯水合物形成量在相同壓力條件下隨煤體含水飽和度的升高逐漸增大,生長速率隨煤體含水飽和度的升高呈逐漸增大的變化趨勢。煤體含水為非飽和狀態(tài)時,瓦斯水合物分布區(qū)域擴大,單層位含水合物飽和度下降。(5)建立的瓦斯水合物飽和度計算模型,可對本文研究范圍內(nèi)的煤體含瓦斯水合物飽和度進行計算,對煤體中瓦斯水合固化的現(xiàn)場應(yīng)用提供技術(shù)支撐。建立的瓦斯水合動力學(xué)理論模型,豐富了煤體中瓦斯水合固化工藝的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD713.1
【部分圖文】：

原理圖,阻抗法,水合物飽和度,煤體

圖 1-2 阻抗法監(jiān)測煤體中水合物形成與探測水合物飽和度原理Fig.1-2 The theory of monitoring hydrate formation in coal and detecting hydrate saturationbased on impedance method1.4 研究內(nèi)容與技術(shù)路線

框圖,技術(shù)路線,框圖