煤炭在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中仍占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),但隨著采掘深度的增加與開(kāi)采難度的增大,瓦斯災(zāi)害變得日益嚴(yán)重。本文以煤層水力壓裂過(guò)程中的瓦斯驅(qū)替效應(yīng)為研究對(duì)象,通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法,對(duì)水力壓裂驅(qū)替瓦斯的微觀機(jī)理、宏觀規(guī)律兩個(gè)方面進(jìn)行了研究,并提出了一種基于均勻壓裂法的瓦斯治理體系,具有一定的理論意義與工程應(yīng)用前景。本文首先搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),模擬研究了水侵后含瓦斯煤體中水分置換甲烷的微觀機(jī)理,主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:（1）當(dāng)初始平衡壓力相同時(shí),注水比大的煤樣,甲烷置換率高,其中:1MPa時(shí)最大置換量為16%注水比煤樣的22.1%,2MPa時(shí)最大置換率為16%注水比煤樣的28.2%;當(dāng)煤樣注水比相同時(shí),初始平衡壓力高的煤樣,甲烷置換率高,其中:12%注水比時(shí)最大置換量為平衡壓力2.5MPa的25.9%,16%時(shí)最大置換量為平衡壓力2.5MPa的31%;（2）平衡壓力一定時(shí),甲烷的實(shí)際置換率與理論置換率均隨著注水比的升高而增大,甲烷的重新吸附量隨著注水比的升高,增加趨勢(shì)明顯;注水比一定時(shí),隨著平衡壓力的升高,實(shí)際置換率與理論置換率逐漸增大,且二者的差距越來(lái)越小,重新吸附量隨著平衡壓力的升... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

加水裝置實(shí)物圖

碩士學(xué)位論文18樣的吸附曲線(xiàn)、瓦斯吸附常數(shù)a和b、瓦斯放散初速度△P等關(guān)鍵參數(shù)，20~30目的煤用來(lái)測(cè)試堅(jiān)固性系數(shù)f、煤樣瓦斯吸附量、后置加水瓦斯吸附瓦斯的解吸量等關(guān)鍵參數(shù)。2.2.2煤樣關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試1.工業(yè)分析煤的工業(yè)分析主要測(cè)定煤的水分（Mad）、灰分（Aad）、揮發(fā)分（Vad）和固定碳（FCad）四個(gè)分析項(xiàng)目指標(biāo)。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特性的主要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的基本依據(jù)[75]。根據(jù)GB-T212-2008《煤的工業(yè)分析方法》，以及中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全生產(chǎn)檢測(cè)檢驗(yàn)中心要求，將煤樣篩出80目以下煤樣5g（含備份樣品）。測(cè)得的結(jié)果如下表2-2所示：表2-2煤樣工業(yè)分析結(jié)果Table2-2Coalsampleindustryanalysisresults煤樣Mad%Aad%Vad%FCad%BK1.3113.3626.6858.652.瓦斯放散速度△P煤的瓦斯放散速度ΔP是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的指標(biāo)之一，該指標(biāo)反應(yīng)了含瓦斯煤體中瓦斯放散速度的快慢。ΔP越大，瓦斯放散越快，突出危險(xiǎn)性越大。實(shí)驗(yàn)采用WT-1型測(cè)定儀測(cè)定煤樣的瓦斯放散速度[76]。圖2-5WT-1型瓦斯擴(kuò)散速度測(cè)定儀Figure2-5Gasdiffusionvelocitytester測(cè)定結(jié)果如下表2-3所示：表2-3瓦斯放散速度（△P）測(cè)試結(jié)果Table2-3Determinationofvelocity(P)ofcoalsamplegasrelease煤樣放散初速度(△P)/(cm3/s)BK22.73.堅(jiān)固性系數(shù)f測(cè)試

碩士學(xué)位論文20煤體內(nèi)部含有大量的孔隙和裂隙，其表面存在吸附位，從而為瓦斯的吸附提供了場(chǎng)所。在恒定溫度下，瓦斯壓力與吸附量之間的關(guān)系符合朗格繆爾方程[78]：(2-3)式中：Q為壓力P條件下煤體中的吸附氣體含量，cm3/g；P為氣體壓力，MPa；a為吸附常數(shù)，當(dāng)P→∞時(shí)，Q=a，因此a代表煤的極限吸附量，單位為cm3/g；b為吸附常數(shù)，代表吸附氣體的能力，單位為MPa-1。從公式中不難看出，a值越大，煤體中的瓦斯極限吸附量越多；b為介質(zhì)吸附瓦斯的難易程度，數(shù)值越大表示瓦斯越容易被煤體吸附。一般來(lái)說(shuō)，a值越大、a值越小，則煤層中儲(chǔ)存的瓦斯量越多，可用于解吸的瓦斯越多，受外界擾動(dòng)時(shí)較容易形成快速流動(dòng)的向外沖擊，煤層的突出危險(xiǎn)性越大[79]。圖2-6HCA高壓容量法瓦斯吸附裝置Figure2-6HCAhighpressurevolumetricgasadsorptiondevice本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用HCA高壓容量法瓦斯吸附裝置進(jìn)行Langmuir吸附常數(shù)的測(cè)定，裝置實(shí)物見(jiàn)圖2-6，樣品的等溫吸附曲線(xiàn)見(jiàn)圖2-7，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2-6。024681051015202530吸附量cm3/g壓力/MPa脫附等溫線(xiàn)吸附等溫線(xiàn)


本文編號(hào)：3357061