本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)強(qiáng)化無煙煤瓦斯解吸滲流特性及其機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 瓦斯抽采 解吸規(guī)律 滲透性 電化學(xué)方法 電滲作用

【摘要】：針對(duì)我國(guó)煤瓦斯儲(chǔ)層低滲透、強(qiáng)吸附的特征和目前采用的鉆孔、割縫、致裂等卸壓方法以及加電場(chǎng)、電磁場(chǎng)、振動(dòng)、注熱等物理方法對(duì)提高瓦斯解吸與滲流、提高瓦斯抽采率的效果與范圍受限的現(xiàn)狀,本文提出并系統(tǒng)研究了電化學(xué)強(qiáng)化無煙煤瓦斯解吸滲流特性及其機(jī)理,取得了預(yù)期效果。所進(jìn)行的工作及取得的成果主要有：(1)自主研制了電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流試驗(yàn)裝置。該裝置填補(bǔ)了煤巖流體電動(dòng)滲流試驗(yàn)裝置的空白,基于電滲理論提出了電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸滲流試驗(yàn)方法,為模擬三軸應(yīng)力下電滲驅(qū)動(dòng)煤巖中液體流動(dòng)并攜帶氣體運(yùn)移的研究提供了一種新的手段。(2)完成了電化學(xué)改變煤孔裂隙結(jié)構(gòu)的多尺度測(cè)試。采用多種方法測(cè)試了不同電解液濃度和電位梯度等條件改性后煤樣的比表面積、平均孔徑、孔隙率、裂隙連通性和裂隙數(shù)量,發(fā)現(xiàn)電化學(xué)作用降低了煤樣的比表面積、增大了孔隙率并疏通了填充礦物的孔裂隙,探明了電化學(xué)作用對(duì)煤孔裂隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,并采用分形方法表征了改性對(duì)煤孔裂隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性的影響。(3)進(jìn)行了電化學(xué)改變煤表面特性測(cè)試。探索了電化學(xué)作用對(duì)煤樣的潤(rùn)濕性、電動(dòng)特性和表面基團(tuán)等表面特性的影響,分析了煤毛細(xì)作用力和電動(dòng)作用力的變化,剖析了表面特性變化的微觀作用機(jī)理。(4)開展了電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸特性試驗(yàn)。系統(tǒng)研究了電化學(xué)作用過程中和電化學(xué)作用后煤瓦斯解吸特性的變化,發(fā)現(xiàn)煤樣的瓦斯解吸率由61.84%增至82.28%,而解吸時(shí)間縮短了3/4,分析了pH值、電解液濃度和電位梯度等對(duì)煤瓦斯解吸特性的影響規(guī)律,排列了這些因素影響程度的主次順序,揭示了電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸機(jī)理。(5)進(jìn)行了電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯?jié)B透特性試驗(yàn)。詳細(xì)研究了電化學(xué)作用過程中電解液濃度、電位梯度、瓦斯壓力與體積應(yīng)力等對(duì)煤瓦斯?jié)B透特性的影響,發(fā)現(xiàn)孔隙壓力小于3MPa、體積應(yīng)力大于16MPa時(shí)煤瓦斯?jié)B流的電化學(xué)強(qiáng)化效果較顯著,滲流速度和滲透系數(shù)提高了3.12～28.57倍,并隨電解液濃度升高呈倒U型變化,隨電位梯度升高呈線性規(guī)律增大,建立了應(yīng)力場(chǎng)與電化學(xué)場(chǎng)共同作用下的煤瓦斯電動(dòng)滲流方程。
【關(guān)鍵詞】：瓦斯抽采 解吸規(guī)律 滲透性 電化學(xué)方法 電滲作用
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 煤瓦斯儲(chǔ)運(yùn)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 煤瓦斯吸附解吸14-17
• 1.2.2 瓦斯在煤中的擴(kuò)散17-20
• 1.2.3 瓦斯在煤中的滲流20-22
• 1.3 強(qiáng)化煤瓦斯抽采的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀22-25
• 1.4 電化學(xué)對(duì)煤巖作用的國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀25-29
• 1.4.1 電化學(xué)脫硫降灰25-26
• 1.4.2 煤的電化學(xué)脫水26
• 1.4.3 巖土的電化學(xué)加固26
• 1.4.4 煤電化學(xué)液化與氣化26-28
• 1.4.5 電化學(xué)作用提高石油采收率28-29
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容與方法29-31
• 第二章 電化學(xué)改變煤孔隙結(jié)構(gòu)的多尺度測(cè)試與分析31-55
• 2.1 電化學(xué)改性試驗(yàn)裝置31-32
• 2.2 煤電化學(xué)改性試驗(yàn)32-33
• 2.2.1 試樣32
• 2.2.2 試驗(yàn)方案32-33
• 2.2.3 試驗(yàn)過程33
• 2.3 改性前后煤微小孔結(jié)構(gòu)的液氮吸附測(cè)試與分析33-42
• 2.3.1 測(cè)試原理33
• 2.3.2 測(cè)試儀器與性能33
• 2.3.3 測(cè)試過程33-34
• 2.3.4 測(cè)試結(jié)果及其分析34-40
• 2.3.5 電化學(xué)改變煤微小孔結(jié)構(gòu)的分形表征40-42
• 2.4 改性前后煤中大孔結(jié)構(gòu)的壓汞測(cè)試與分析42-51
• 2.4.1 測(cè)試原理42-43
• 2.4.2 測(cè)試儀器與性能43
• 2.4.3 測(cè)試過程43
• 2.4.4 測(cè)試結(jié)果及其分析43-49
• 2.4.5 電化學(xué)改變煤中大孔結(jié)構(gòu)的分形表征49-51
• 2.5 電化學(xué)作用改變煤孔隙結(jié)構(gòu)的機(jī)理分析51-53
• 2.6 本章小結(jié)53-55
• 第三章 電化學(xué)改變煤樣裂隙結(jié)構(gòu)的測(cè)試與機(jī)理分析55-75
• 3.1 改性對(duì)煤樣表面裂隙充填物溶蝕與遷移的SEM測(cè)試與分析55-59
• 3.1.1 煤樣55
• 3.1.2 測(cè)試儀器55
• 3.1.3 測(cè)試過程55
• 3.1.4 測(cè)試結(jié)果及其分析55-59
• 3.2 改性對(duì)煤樣內(nèi)部裂隙充填物溶蝕與遷移的顯微CT測(cè)試與分析59-63
• 3.2.1 煤樣59-60
• 3.2.2 測(cè)試原理60
• 3.2.3 測(cè)試儀器60-61
• 3.2.4 測(cè)試過程61
• 3.2.5 測(cè)試結(jié)果及其分析61-63
• 3.3 改性對(duì)宏觀裂隙影響的分形表征與分析63-72
• 3.3.1 分形原理63-64
• 3.3.2 測(cè)試煤樣64
• 3.3.3 測(cè)試方法與過程64-66
• 3.3.4 測(cè)試結(jié)果及其分析66-72
• 3.4 改性影響煤樣裂隙分布的機(jī)理分析72-73
• 3.5 本章小結(jié)73-75
• 第四章 電化學(xué)改變煤表面特性及其機(jī)理分析75-97
• 4.1 改變煤表面潤(rùn)濕性的測(cè)試與分析75-80
• 4.1.1 測(cè)試原理75-76
• 4.1.2 試樣76
• 4.1.3 測(cè)試儀器76
• 4.1.4 測(cè)試過程76-77
• 4.1.5 測(cè)試結(jié)果及其分析77-80
• 4.2 改變煤毛細(xì)作用力的分析80-83
• 4.3 改變煤表面電動(dòng)特性的測(cè)試與分析83-89
• 4.3.1 測(cè)試原理83-85
• 4.3.2 煤樣85
• 4.3.3 測(cè)試儀器85
• 4.3.4 測(cè)試過程85
• 4.3.5 測(cè)試結(jié)果及其分析85-89
• 4.4 改變煤表面基團(tuán)的測(cè)試與分析89-95
• 4.4.1 測(cè)試原理89-90
• 4.4.2 試樣90
• 4.4.3 測(cè)試儀器90
• 4.4.4 測(cè)試過程90
• 4.4.5 測(cè)試結(jié)果及其分析90-95
• 4.5 機(jī)理分析與討論95-96
• 4.6 本章小結(jié)96-97
• 第五章 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸及其機(jī)理分析97-115
• 5.1 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸試驗(yàn)裝置的研制97-99
• 5.1.1 試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)97-99
• 5.1.2 主要性能參數(shù)99
• 5.1.3 主要功能99
• 5.2 電化學(xué)作用過程中煤瓦斯解吸特性的試驗(yàn)研究99-108
• 5.2.1 試驗(yàn)原理99
• 5.2.2 試樣99-100
• 5.2.3 試驗(yàn)方案100
• 5.2.4 試驗(yàn)過程100-102
• 5.2.5 試驗(yàn)結(jié)果及其分析102-108
• 5.3 電化學(xué)作用前后煤瓦斯解吸特性的對(duì)比試驗(yàn)與分析108-111
• 5.3.1 試樣108
• 5.3.2 試驗(yàn)過程108-109
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及其分析109-111
• 5.4 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯解吸機(jī)理分析111-112
• 5.5 本章小結(jié)112-115
• 第六章 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯?jié)B透性的試驗(yàn)與機(jī)理分析115-139
• 6.1 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯?jié)B流試驗(yàn)裝置的研制115-119
• 6.1.1 試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)115-118
• 6.1.2 主要性能指標(biāo)118
• 6.1.3 主要功能118-119
• 6.2 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯?jié)B透的試驗(yàn)與分析119-133
• 6.2.1 試樣119
• 6.2.2 試驗(yàn)方案119
• 6.2.3 試驗(yàn)過程119-121
• 6.2.4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析121-133
• 6.3 煤瓦斯電動(dòng)滲流方程的建立133-136
• 6.3.1 煤瓦斯運(yùn)動(dòng)方程133-134
• 6.3.2 煤瓦斯流動(dòng)的連續(xù)性方程134
• 6.3.3 煤瓦斯?fàn)顟B(tài)方程134
• 6.3.4 煤瓦斯含量方程134-135
• 6.3.5 煤瓦斯電動(dòng)滲流方程135-136
• 6.4 電化學(xué)強(qiáng)化煤瓦斯?jié)B流機(jī)理分析136-137
• 6.5 本章小結(jié)137-139
• 第七章 結(jié)論與展望139-143
• 7.1 主要結(jié)論139-141
• 7.2 展望141-143
• 參考文獻(xiàn)143-153
• 致謝153-155
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參加的科研項(xiàng)目155-157
• 博士學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性說明157

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