煤岩流体电动力学研究进展

摘要

煤岩流体电动作用在地下资源开采中的工程应用逐渐增多,如强化油气采收、井巷软岩加固和矿山导流增注等。但是工程设计与参数选取的盲目性折射出该方面理论的滞后。从介质运移特性、宏观物性和结构变化3个方面综述煤岩流体电动作用的研究进展,指出新形势下存在的主要问题:介质传输过程不清晰、多场耦合规律未开展、宏观物性的微结构响应机制不明确、表面吸附流体的界面调控理念未形成,阐明煤岩流体电动作用的理论基础——双电层理论。在此基础上,提出煤岩流体电动力学的概念,即煤岩气液离子等多相介质在电场作用下的运动规律及其与外界的相互作用,构建以双电层理论为核心、以"电渗、电泳与电迁移"等电动特性为内含、以外界物化场为环境的理论框架,凝练煤岩流体电动力学理论的5个主要研究方向,阐述4个关键技术。该理论适用于比表面积较大的煤岩多孔介质,如煤、页岩、泥岩等,为地下尤其是深部资源开采中涉及固液气运移的问题解决(如煤层注水困难、煤粉堵塞伤害、瓦斯解吸缓慢、膨胀软岩支护困难、胶体充填排水缓慢、煤矸石重金属污染等)提供了一种新的行之有效的方法和科学指导,也为深部地电场作用下煤岩流体动力灾害的发生机制揭示提供了新的思路。