潞安矿区3＃煤层构造煤孔隙结构与瓦斯解吸特性研究

摘要

由于受应力作用，构造煤孔隙结构复杂、渗透性差、强度低，易造成瓦斯异常涌出和突出灾害。本文以微观观测和流体侵入相结合的手段，从孔容、比表面积及单位孔容的比表面积（相对比表面积）方面对孔隙结构进行了深入研究;并在实验测试基础上对煤的吸附解吸特性进行了对比研究，探讨了孔隙结构与解吸特性的相关性，根据研究结果，提出了构造煤孔隙结构与解吸特性线性关系。研究成果主要有以下几个部分:
　　(1)论文采用扫描电镜(SEM)法对潞安矿区3＃煤层构造煤及原生煤进行了微观观测，定量分析了SEM扫描图片中孔隙密度，结果表明:1千、5千和1万倍率扫描图片中构造煤孔隙密度约为原生煤的1.25、1.57、1.75倍。采用压汞法和低温氮吸附法测试了潞安矿区3#煤层构造煤孔隙结构参数，结果表明:微孔和过渡孔体积占孔容的主要部分，构造煤孔容约为原生煤的1.46倍，构造煤比表面积约为原生煤的1.2倍。相对比表面积约为原生煤的1.19倍。
　　(2)实验室开展了高压等温吸附实验，发现构造煤瓦斯吸附量约为原生煤的1.16倍;利用吸附-解吸装置测定了构造煤和原生煤在不同吸附平衡压力下瓦斯初期解吸规律及120min内的解吸量，在0.5MPa、1.5MPa、2.5MPa三种吸附平衡压力下，构造煤解吸量平均值分别为原生煤的1.06、1.15、1.17倍;第1min、3～5min内解吸量分别为原生煤的1.47、1.14倍。
　　(3)分析了孔隙结构与解吸特性的相关性，发现瓦斯吸附量、解吸量随相对比表面积增大而增大，具有较好的线性相关性;原生煤相关度高于构造煤，压力越大，相关度越高。
　　(4)在潞安矿区郭庄矿、高河矿现场测试了3#煤层构造煤和原生煤在第1min内和第3～5min内的瓦斯解吸量，通过实测数据发现郭庄矿、高河矿构造煤在两段时间内的平均解吸量相对原生煤高48.6％和15.9％，47.61％和14.36％。与实验室解吸规律保持较好的一致性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 孔隙结构的研究现状

1．2．2 吸附解吸理论与模型研究现状

1．2．3 构造煤吸附解吸特性研究现状

1．3 问题的提出

1．4 主要研究内容及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

2 潞安矿区3群煤层构造煤孔隙结构特征

2．1 实验方法选择及样品制备

2．1．1 实验方法选择

2．1．2 样品选取

2．1．3 实验样品制备

2．2 孔隙结构的扫描电镜测试分析

2．2．1 实验原理

2．2．2 实验步骤

2．2．3 实验结果分析

2．3 孔隙结构的压汞法测试分析

2．3．1 实验原理

2．3．2 实验步骤

2．3．3 实验结果分析

2．4 孔隙结构的低温氮吸附测试分析

2．4．1 实验原理

2．4．2 实验步骤

2．4．3 实验结果分析

2．5 孔隙相对比表面积的提出

2．6 本章小结

3 潞安矿区3#层构造煤吸附解吸特性

3．1 高压等温吸附实验

3．1．1 实验情况介绍

3．1．2 测试结果分析

3．2 不同吸附平衡压力下瓦斯解吸规律

3．2．1 实验测试介绍

3．2．2 测试结果分析

3．3 本章小结

4 孔隙结构与瓦斯解吸特性的相关性研究

4．1 孔隙结构与吸附能力的关系

4．1．1 相对比表面积与吸附量的关系

4．1．2 相对比表面积与a值的关系

4．2 孔隙结构与解吸特性的相关性

4．2．1 相对比表面积与解吸量的关系

4．2．2 相对比表面积与瓦斯初始解吸量的关系

4．3 本章小结

5 瓦斯解吸特性现场测试对比研究

5．1 瓦斯解吸特性现场测试方法

5．1．1 测试原理

5．1．2 解吸指标测值与解吸量的对应关系

5．2 测试地点选择

5．3 构造煤与原生煤解吸量实测对比

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介