低階煤層瓦斯解吸滲流及其對瓦斯抽采的控制機制
發(fā)布時間：2021-12-08 23:27
煤炭是我國的主要能源,在一次能源生產和消費結構中的比重分別占76%和64%,《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略20302050》報告指出,2050年我國煤炭消費將依然在2530億噸。然而在我國煤炭資源中,低變質程度（低階）煤占比約46%。因此,低階煤的開發(fā)對于我國的能源供應具有重要意義。瓦斯是煤的伴生物,是成煤過程中形成并賦存于煤儲層的氣體。我國煤層瓦斯資源豐富,低階煤瓦斯資源量占瓦斯資源總量的43%,且主要分布于我國西部地區(qū)的早侏羅紀含煤盆地。瓦斯是煤礦安全的主要災害源和強溫室氣體,更是一種清潔能源。然而我國低階煤層瓦斯資源的開發(fā)尚處于初步階段,相關的科學問題亟待深入研究。本文以我國西部彬長礦區(qū)侏羅紀低階煤層的結構特征與瓦斯賦存特性為基礎,針對低階煤層瓦斯抽采的難題,采用試驗研究、理論分析、數(shù)值計算與工程實踐相結合的方式,研究闡明了侏羅紀低階煤的微觀結構特征及其對儲層瓦斯解吸滲流與抽采的控制機制,提出了基于低階煤瓦斯解吸規(guī)律的“井上下立體耦合式”的瓦斯抽采新模式。其主要成果如下:首先,采用氮吸附、核磁共振及紅外光譜分析方法,獲得了侏羅紀低階煤的微觀結構及其...
【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：172 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
顯微光度計測試系統(tǒng)
從表 2-2 中可以看出，彬長礦區(qū)各礦主采煤層均為鏡質組反射率 0.60%～0.70%的低階煤，從顯微組分的測定結果可以看出，煤樣鏡質組反射率變化范圍為 14.90%～54.72%，惰質組變化范圍為 41.51%～82.63%，而殼質組變化范圍僅為 1.80%～6.21%，低階煤中鏡質組含量略小于惰質組含量，殼質組在低階煤中含量最少，所有低階煤中鏡質組以基質鏡質體為主，惰質組以半絲質體為主，碎屑惰質體、氧化絲質體分別具有不同的占比。如圖 2-2 所示，低階煤中主要以碳酸鹽類礦物為主，根據(jù)圖 2-2 煤樣顯微圖片顯示，該類礦物為方解石，少見粘土類礦物，其中文家坡 4上煤樣中有機質總量明顯較低，其礦物組分中含有還含有一定的硫化物與氧化硅（根據(jù)顯微組分測定結果為石英）。與中高階煤[173]相比，低階煤中鏡質組含量相對較低，中高階煤中鏡質組含量遠大于惰質組，且中高階煤中所含礦物主要以粘土類礦物和硫化物為主。大佛寺 4上煤 53.29 43.06 3.65 97.16 0.71 0 2.13 0 0.63胡家河 4 煤 14.90 78.89 6.21 99.38 0 0.62 0 0 0.70小莊礦 4 煤 52.09 44.65 3.26 99.08 0 0 0.92 0 0.60文家坡 4上煤 15.57 82.63 1.80 85.65 0.51 4.10 9.23 0.51 0.69
2 低階煤儲層氣固耦合微觀控制機制析12-2008《煤的工業(yè)分析方法》采用圖 2-3 所示 5E-MAC工業(yè)分析，其結果如表 2-3 所示。從結果可知，彬長礦近，煤樣中水分變化范圍為 4.32%～6.78%，水分子主，水分含量主要取決于煤樣內表面積的大小[176]，與煤的圍為 5.78%～12.22%，大佛寺 4 煤的灰分含量最高；揮8.59%，固定碳含量變化范圍為 54.15%～65.69%。工業(yè)分析的結果[173]對比可知，低階煤中揮發(fā)分含量明定碳含量相對較高，揮發(fā)分含量隨著鏡質組反射率的著反射率的增加呈升高趨勢。因此，揮發(fā)分含量與鏡質參考依據(jù)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高壓氣液兩相射流多級脈動破煤巖特性及致裂機理[J]. 林柏泉,王瑞,喬時和. 煤炭學報. 2018(01)
[2]水力割縫煤體多場耦合響應規(guī)律研究[J]. 林柏泉,趙洋,劉廳,鄭苑楠,孔佳. 西安科技大學學報. 2017(05)
[3]基于流-固-熱耦合的深部煤層氣抽采數(shù)值模擬[J]. 范超軍,李勝,羅明坤,楊振華,張浩浩,王碩. 煤炭學報. 2016(12)
[4]不同煤級煤低溫氮的多段吸附特征[J]. 張小東,丁哲,王勃,張碩. 河南理工大學學報(自然科學版). 2016(06)
[5]三維交叉裂隙滲流特性的實驗和數(shù)值模擬研究[J]. 劉日成,李博,蔣宇靜,蔚立元. 巖石力學與工程學報. 2016(S2)
[6]新疆低煤階煤層氣的特殊地質條件及研究方向[J]. 王剛,楊曙光,張娜,舒坤. 中國煤層氣. 2016(04)
[7]含瓦斯水合物煤體強度特性三軸試驗研究[J]. 高霞,劉文新,高橙,吳強,張保勇,王立娜. 煤炭學報. 2015(12)
[8]煤粒瓦斯解吸溫度變化影響因素及與突出的關系研究[J]. 史廣山,魏風清,高志揚. 安全與環(huán)境學報. 2015(05)
[9]動靜載荷作用下含孔洞硬巖損傷演化的核磁共振特性試驗研究[J]. 李夕兵,翁磊,謝曉鋒,吳秋紅. 巖石力學與工程學報. 2015(10)
[10]不同含水率下煤巖彈性模量變化實驗分析[J]. 岑朝正,蔣永芳,蔣朝軍. 價值工程. 2015(24)
博士論文
[1]低透煤割縫弱化松弛機理及流固耦合特性研究[D]. 鄒全樂.中國礦業(yè)大學 2016
[2]低階煤的微觀結構特征及其對瓦斯吸附解吸的控制機理研究[D]. 李子文.中國礦業(yè)大學 2015
[3]含瓦斯煤滲透特性影響因素與煤層瓦斯抽采模擬研究[D]. 袁梅.重慶大學 2014
[4]外加水分對煤的瓦斯解吸動力學特性影響研究[D]. 陳向軍.中國礦業(yè)大學 2013
[5]不同煤階軟硬煤的吸附—解吸規(guī)律及應用[D]. 孫麗娟.中國礦業(yè)大學（北京） 2013
[6]貴州突出煤理化特性及其對甲烷吸附的分子模擬研究[D]. 李希建.中國礦業(yè)大學 2013
[7]煤與瓦斯突出逾滲機理與演化規(guī)律研究[D]. 馬玉林.遼寧工程技術大學 2012
[8]核磁共振T2譜反演及流體識別評價方法研究[D]. 李鵬舉.東北石油大學 2010
[9]基于細觀力學試驗的含瓦斯煤體變形破壞規(guī)律研究[D]. 劉延保.重慶大學 2009
[10]含瓦斯煤THM耦合模型及煤與瓦斯突出模擬研究[D]. 陶云奇.重慶大學 2009
碩士論文
[1]馬蘭礦煤體滲流特性及超長鉆孔瓦斯抽采數(shù)值模擬研究[D]. 郭金巖.太原理工大學 2016
[2]核磁共振儲層物性參數(shù)評價方法[D]. 陳鴻安.東北石油大學 2015
[3]煤改制活性炭及表面改性對甲烷吸附的影響[D]. 郇璇.河南理工大學 2015
[4]聲波作用下煤層氣吸附解吸特性研究[D]. 宋曉.重慶大學 2014
[5]巖石三軸壓縮破裂失穩(wěn)的聲發(fā)射突變特征及預測研究[D]. 王德超.山東科技大學 2011
[6]環(huán)境溫度對顆粒煤瓦斯解吸規(guī)律的影響實驗研究[D]. 李宏.河南理工大學 2011
[7]泥漿介質非等壓條件下煤芯瓦斯解吸規(guī)律研究[D]. 孫銳.河南理工大學 2010
[8]水分對構造煤瓦斯解吸規(guī)律影響的實驗研究[D]. 陳攀.河南理工大學 2010
[9]水分對陽泉3號煤層瓦斯解吸規(guī)律影響的實驗研究[D]. 李曉華.河南理工大學 2010
[10]鉆孔抽放瓦斯流固耦合分析及數(shù)值模擬[D]. 郭濤.重慶大學 2010
本文編號：3529449
【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：172 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
顯微光度計測試系統(tǒng)
從表 2-2 中可以看出，彬長礦區(qū)各礦主采煤層均為鏡質組反射率 0.60%～0.70%的低階煤，從顯微組分的測定結果可以看出，煤樣鏡質組反射率變化范圍為 14.90%～54.72%，惰質組變化范圍為 41.51%～82.63%，而殼質組變化范圍僅為 1.80%～6.21%，低階煤中鏡質組含量略小于惰質組含量，殼質組在低階煤中含量最少，所有低階煤中鏡質組以基質鏡質體為主，惰質組以半絲質體為主，碎屑惰質體、氧化絲質體分別具有不同的占比。如圖 2-2 所示，低階煤中主要以碳酸鹽類礦物為主，根據(jù)圖 2-2 煤樣顯微圖片顯示，該類礦物為方解石，少見粘土類礦物，其中文家坡 4上煤樣中有機質總量明顯較低，其礦物組分中含有還含有一定的硫化物與氧化硅（根據(jù)顯微組分測定結果為石英）。與中高階煤[173]相比，低階煤中鏡質組含量相對較低，中高階煤中鏡質組含量遠大于惰質組，且中高階煤中所含礦物主要以粘土類礦物和硫化物為主。大佛寺 4上煤 53.29 43.06 3.65 97.16 0.71 0 2.13 0 0.63胡家河 4 煤 14.90 78.89 6.21 99.38 0 0.62 0 0 0.70小莊礦 4 煤 52.09 44.65 3.26 99.08 0 0 0.92 0 0.60文家坡 4上煤 15.57 82.63 1.80 85.65 0.51 4.10 9.23 0.51 0.69
2 低階煤儲層氣固耦合微觀控制機制析12-2008《煤的工業(yè)分析方法》采用圖 2-3 所示 5E-MAC工業(yè)分析，其結果如表 2-3 所示。從結果可知，彬長礦近，煤樣中水分變化范圍為 4.32%～6.78%，水分子主，水分含量主要取決于煤樣內表面積的大小[176]，與煤的圍為 5.78%～12.22%，大佛寺 4 煤的灰分含量最高；揮8.59%，固定碳含量變化范圍為 54.15%～65.69%。工業(yè)分析的結果[173]對比可知，低階煤中揮發(fā)分含量明定碳含量相對較高，揮發(fā)分含量隨著鏡質組反射率的著反射率的增加呈升高趨勢。因此，揮發(fā)分含量與鏡質參考依據(jù)。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高壓氣液兩相射流多級脈動破煤巖特性及致裂機理[J]. 林柏泉,王瑞,喬時和. 煤炭學報. 2018(01)
[2]水力割縫煤體多場耦合響應規(guī)律研究[J]. 林柏泉,趙洋,劉廳,鄭苑楠,孔佳. 西安科技大學學報. 2017(05)
[3]基于流-固-熱耦合的深部煤層氣抽采數(shù)值模擬[J]. 范超軍,李勝,羅明坤,楊振華,張浩浩,王碩. 煤炭學報. 2016(12)
[4]不同煤級煤低溫氮的多段吸附特征[J]. 張小東,丁哲,王勃,張碩. 河南理工大學學報(自然科學版). 2016(06)
[5]三維交叉裂隙滲流特性的實驗和數(shù)值模擬研究[J]. 劉日成,李博,蔣宇靜,蔚立元. 巖石力學與工程學報. 2016(S2)
[6]新疆低煤階煤層氣的特殊地質條件及研究方向[J]. 王剛,楊曙光,張娜,舒坤. 中國煤層氣. 2016(04)
[7]含瓦斯水合物煤體強度特性三軸試驗研究[J]. 高霞,劉文新,高橙,吳強,張保勇,王立娜. 煤炭學報. 2015(12)
[8]煤粒瓦斯解吸溫度變化影響因素及與突出的關系研究[J]. 史廣山,魏風清,高志揚. 安全與環(huán)境學報. 2015(05)
[9]動靜載荷作用下含孔洞硬巖損傷演化的核磁共振特性試驗研究[J]. 李夕兵,翁磊,謝曉鋒,吳秋紅. 巖石力學與工程學報. 2015(10)
[10]不同含水率下煤巖彈性模量變化實驗分析[J]. 岑朝正,蔣永芳,蔣朝軍. 價值工程. 2015(24)
博士論文
[1]低透煤割縫弱化松弛機理及流固耦合特性研究[D]. 鄒全樂.中國礦業(yè)大學 2016
[2]低階煤的微觀結構特征及其對瓦斯吸附解吸的控制機理研究[D]. 李子文.中國礦業(yè)大學 2015
[3]含瓦斯煤滲透特性影響因素與煤層瓦斯抽采模擬研究[D]. 袁梅.重慶大學 2014
[4]外加水分對煤的瓦斯解吸動力學特性影響研究[D]. 陳向軍.中國礦業(yè)大學 2013
[5]不同煤階軟硬煤的吸附—解吸規(guī)律及應用[D]. 孫麗娟.中國礦業(yè)大學（北京） 2013
[6]貴州突出煤理化特性及其對甲烷吸附的分子模擬研究[D]. 李希建.中國礦業(yè)大學 2013
[7]煤與瓦斯突出逾滲機理與演化規(guī)律研究[D]. 馬玉林.遼寧工程技術大學 2012
[8]核磁共振T2譜反演及流體識別評價方法研究[D]. 李鵬舉.東北石油大學 2010
[9]基于細觀力學試驗的含瓦斯煤體變形破壞規(guī)律研究[D]. 劉延保.重慶大學 2009
[10]含瓦斯煤THM耦合模型及煤與瓦斯突出模擬研究[D]. 陶云奇.重慶大學 2009
碩士論文
[1]馬蘭礦煤體滲流特性及超長鉆孔瓦斯抽采數(shù)值模擬研究[D]. 郭金巖.太原理工大學 2016
[2]核磁共振儲層物性參數(shù)評價方法[D]. 陳鴻安.東北石油大學 2015
[3]煤改制活性炭及表面改性對甲烷吸附的影響[D]. 郇璇.河南理工大學 2015
[4]聲波作用下煤層氣吸附解吸特性研究[D]. 宋曉.重慶大學 2014
[5]巖石三軸壓縮破裂失穩(wěn)的聲發(fā)射突變特征及預測研究[D]. 王德超.山東科技大學 2011
[6]環(huán)境溫度對顆粒煤瓦斯解吸規(guī)律的影響實驗研究[D]. 李宏.河南理工大學 2011
[7]泥漿介質非等壓條件下煤芯瓦斯解吸規(guī)律研究[D]. 孫銳.河南理工大學 2010
[8]水分對構造煤瓦斯解吸規(guī)律影響的實驗研究[D]. 陳攀.河南理工大學 2010
[9]水分對陽泉3號煤層瓦斯解吸規(guī)律影響的實驗研究[D]. 李曉華.河南理工大學 2010
[10]鉆孔抽放瓦斯流固耦合分析及數(shù)值模擬[D]. 郭濤.重慶大學 2010
本文編號：3529449
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