等压环境下外加水分对煤中瓦斯置换效应研究

摘要

为了提高低渗煤层瓦斯的抽采效果，目前主要通过人为强化增透的方法，来改变煤层透气性和地应力梯度、降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量，促进瓦斯抽采。其中水力化增透措施已成为单一低透煤层卸压增透、强化瓦斯抽采的主要技术方法。然而，水力化增透措施实施期间，水分对煤中瓦斯的影响包括增透、驱替、置换、抑制等多重作用，各个作用的相互糅杂造成了对其机理研究工作中的困难，如果能够剥离开其他作用，单独对某一作用进行定量研究，将有利于揭示水力化措施的防突机理。近年来，已有部分学者单独研究过外加水分对煤中瓦斯的置换作用，但由于实验系统是一个封闭体系，置换出的瓦斯会使封闭体系的压力升高，引起一部分置换出的瓦斯重新吸附，造成测试的结果不能真实的反应置换效果。 基于此，本文作者开展了等压环境下外加水分对煤中瓦斯置换效应的研究。针对原煤、颗粒煤、型煤的特点，结合实验目的，选用型煤作为实验煤样，型煤的大小为Φ50mm×80mm，中心孔洞的大小为Φ22mm×80mm。搭建了一套高压吸附~等压加水~等压环境的实验平台。 利用搭建的实验平台，测试了外加水分对煤中瓦斯的置换效应，结果表明：随着时间的延长，置换量增加，但增加的速度减小，直至最后稳定在一个不变的数值上；最大置换量与含水率、吸附平衡压力呈正相关；相同吸附平衡压力下，置换率随含水率增大逐渐增大；相同含水率下，置换率随吸附平衡压力增加有逐渐减小的趋势；置换速度分为快速增加、缓慢持久、衰减至零三个阶段，在置换速度快速增加阶段，含水率、吸附平衡压力对置换速度整体上表现为促进作用，在其他两个阶段，二者对置换速度的影响不明显；等压环境下的测试结果表明，非等压环境下的最大置换量、置换率比等压环境下的小，二者的差值是不能忽略的。 从置换作用的物质基础、动力、过程三个方面，探析了外加水分对煤中瓦斯的置换机理，并依据测试结果和置换机理，对置换作用在工程上的应用进行了探讨。

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