煤系粘土岩电解改性的孔隙特征研究

对通辽煤矿煤系粘土岩进行不同电位梯度电化学处理,试验结果表明:随着电位梯度的升高,细泥增量显著降低,粘土岩泥化得到有效抑制。利用低温氮吸附法研究了电化学处理前后粘土岩的孔隙特征与比表面积的变化。研究发现:随着电位梯度增大,开放型孔隙先增加,后减小;各孔径孔容减小;比表面积和总孔容减小,平均孔径增大。当电位梯度为2.0 V/cm时,开放型孔隙最少,比表面积和总孔容分别降为原样品的7.86%和27.20%,平均孔径增幅为46.18%。因此,该电化学处理条件抑制泥化效果最好。     

禹州煤田煤系泥页岩黏土矿物对孔隙结构和甲烷吸附性能的影响

为了研究煤系泥页岩黏土矿物对孔隙结构和甲烷吸附性能的影响,本文采用甲烷等温吸附试验、XRD实验和液氮吸附试验等方法对禹州煤田煤系泥页岩的矿物组成、孔隙结构及甲烷吸附性能进行了研究。结果表明,黏土矿物含量与比表面积和孔体积之间呈正相关关系。研究区泥页岩样品的甲烷最大吸附量介于0.2~3.39 m~3/t,平均值约为1.0m~3/t。黏土矿物对储层孔隙的影响主要发生在中孔范围;高岭石和伊/蒙混层提供了主要的孔比表面积和孔体积;高岭石对泥页岩的吸附性能具有一定的促进作用。     

黏土类煤系泥岩电化学改性试验

为阐明电化学作用下黏土类煤系泥岩体的物性变化规律,以新生代煤系泥岩的重塑样为研究对象,研究外加直流电场作用下黏土类煤系泥岩体的电流变化与电流降低率,不同区域的电阻率及单轴抗压强度变化,并研究了不同电极材料对这种变化的影响规律。结果表明:在外加直流电场作用下,重塑样的电流均呈现先陡降,然后缓降,最终趋于稳定的过程,但电极材料不同,其电流降低趋势和降低率存在明显差异;3种电极材料不同的重塑样的电阻率与单轴抗压强度均呈现从阴极到阳极递增的趋势,且电极材料为铜时,这一趋势最为明显,其次为铁电极,铝电极的影响最弱。     

黔西地区龙潭组煤系泥页岩孔隙结构及分形特征研究

为了研究煤系泥页岩微观孔隙结构特征,以黔西地区龙潭组煤系泥页岩为研究对象,基于扫描电镜及低温氮气吸附实验测试手段,定性和定量表征页岩孔隙特征,同时运用分形理论分析了其分形特征,并探讨了孔隙结构影响因素。结果表明:黔西地区龙潭组煤系泥页岩扫描电镜下观察到粒间孔、粒内孔、微裂缝及有机质孔4类,微裂缝大量发育,为烃类气体运移提供通道,仅见少量有机质孔隙;泥页岩氮气吸附等温线与Ⅳ型等温线相近,曲线均呈反"S"型,反映出主要为中孔,在高比压区(0.45P/P_01.0)形成滞后回线,表现为H2型的细颈广体的墨水瓶孔和H4型的狭缝型孔;孔径平均值为8.36 nm,以中孔为主,比表面积较大,平均为12.03 m~2/g,总孔体积较大,平均为0.017 379 m~3/g;采用FHH模型对低比压区(0P/P_00.45)和高比压区(0.45P/P_01.0)2个阶段进行计算分形维数(D_1、D_2),分形维数较大,D_1平均为2.576 3、D_2平均为2.703 2;总有机碳含量对泥页岩BET比表面积和平均孔径影响较小,与BJH总孔体积呈一定的负相关性;矿物成分对泥页岩的孔径和比表面积有较大的影响,黏土矿物含量越低、石英含量越高,平均孔径越大,石英含量越高,比表面积越小;泥页岩比表面积越大、平均孔径越小,泥页岩黏土矿物含量越高、石英含量越低,分形维数越大,煤系泥页岩孔隙结构复杂,连通性较差,非均质性较强。     

粘土类软岩电化学改性机理的初步研究

通过对煤系地层中软岩与软岩工程稳定性常用控制方法和存在问题的系统研究,提出了采用电化学方法改性粘土类软岩以实现其长期稳定性的新思路。对粘土类软岩的电化学改性机理进行基础理论分析;开展了电化学改性的初步试验研究,试验结果表明:在直流电场作用下,电化学方法能够进一步加固煤系地层中的粘土类软岩,提出了利用铁质锚杆对软岩进行电化学改性的建议。     

北大巴山逆冲推覆带鲁家坪组泥板岩微孔隙结构表征

北大巴山逆冲推覆带发育大量富有机质泥板岩,为研究该区极浅变质泥板岩的微观孔隙结构,通过低温氮气物理吸附、高压压汞、氩离子抛光-场发射扫描电镜(Ar-FESEM)、X-射线衍射(XRD)等试验,定量、定性表征下寒武统鲁家坪组富有机质泥板岩微观孔隙结构特征和影响因素。试验结果表明,鲁家坪组泥板岩微观孔隙结构具有强烈的非均质性,孔径范围分布广且组合形式多样。紫阳地区鲁家坪组泥板岩的微孔、介孔、大孔发育程度相当或更偏向于介孔-大孔;岚皋地区以微孔发育为主导,辅以发育介孔和大孔。鲁家坪组泥板岩孔隙大小和类型与岩石矿物组分密切相关,石英、长石、碳酸盐岩等脆性矿物相关孔隙类型以粒内溶蚀孔、边缘孔缝、粒间孔为主且多被黏土矿物、有机质充填,脆性矿物颗粒挤压黏土矿物和有机质内部微孔、介孔,致使其改造甚至是闭合,约束孔隙体积发育;黏土矿物相关孔隙类型以层间孔缝为主,孔径大小以介孔为主,是提升鲁家坪组孔隙体积的主要孔隙类型;有机质孔是鲁家坪组微孔孔隙主要类型,提供了大量比表面积,是气体吸附的主要场所。鲁家坪组泥板岩的微观孔隙结构利于天然气吸附保存,但总体孔喉细小、连通性较差,不利于游离气运移。     

下扬子地区二叠系富有机质泥页岩孔隙结构特征

应用先进技术与方法,对取自该地区的典型二叠系岩芯样品,进行了系统的地球化学、矿物组成、孔隙度及孔隙结构等方面分析。结果表明,这套二叠系烃源岩孔隙发育,平均孔隙度可达5.37%;纳米级孔隙发育,并以微孔和介孔为主;泥页岩总有机碳含量（TOC）和黏土矿物含量是控制吸附能力和孔隙大小的关键因素。二叠系富有机质泥页岩孔隙度较高,发育大量的纳米级孔隙及具有较大的比表面积,为页岩气储存提供了良好条件。     

海陆过渡相煤系致密砂岩储层特征及影响因素

海陆过渡相煤系砂岩中赋存丰富的天然气资源,为了进行煤系致密砂岩有利区块的优选,通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射和孔渗测试等测试手段,研究了临县地区太原组致密砂岩的储层特征、成岩作用特征及其对储层的影响。研究结果表明:储层岩性以岩屑石英砂岩为主,处于中成岩作用B阶段;孔隙类型以残余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔和黏土矿物晶间孔为主;压实作用是造成储层低孔低渗的主要因素;储层中黏土矿物含量较高,发育高岭石、伊利石、绿泥石和伊/蒙混层,其中高岭石多由长石和岩屑蚀变生成,与储层物性具有一定的正相关性;煤系有机质丰富,有机酸的生成一方面会增加孔隙溶蚀,但也为石英等矿物的自生长提供了空间和物质来源。     

过热水蒸气作用下碳质页岩纳米孔隙结构演变规律研究

对流加热方式下碳质页岩纳米孔隙结构的演变是探明煤系烃源岩原位热解油气产出机理的关键。为此,基于烃源岩过热水蒸气热解平台,联合低温N₂吸附技术,研究了不同过热水蒸气温度下页岩纳米孔隙结构的演变规律。结果表明：随着过热水蒸气温度的升高,碳质页岩纳米孔隙体积和比表面积呈现先降后升的变化规律,而平均孔径呈相反的变化趋势,300℃时孔体积和比表面积最低,550℃两者最高,小于10 nm孔隙数量的增多是高温段页岩比表面积和孔体积提高的主要原因。过热水蒸气热解作用下碳质页岩纳米孔隙的演变可划分为5个阶段。有机质热解生烃、无机矿物的溶蚀和分解、黏土矿物转化的综合作用控制了每个阶段纳米孔隙的演变特征。     

水致泥化软岩巷道围岩变形规律及控制技术

以典型煤系泥质软岩为研究对象,以典型试验、理论分析和现场工程实验为主要研究手段,确定煤系泥质软岩与水相互作用下的弱化机理与变形规律,找出巷道围岩控制与强化对策,探索在水影响条件下泥化软岩巷道动态过程控制技术。     

华北地区不同变质程度煤的物性特征及成因探讨

通过对采自华北9个矿区10块煤岩样品进行了镜质组反射率测定、显微组分分析、比表面积测试、显微裂隙统计和甲烷等温吸附试验,分析了不同变质程度煤的物性特征,并结合华北煤的变质背景,探讨了其物性差异的形成原因。研究发现,煤的变质程度和变质类型影响煤的显微组构、孔隙结构和裂隙演化规律,这是造成煤物性差异的主要原因。微观分析表明,煤在不同的变质阶段,其大分子结构发生一系列变化,造成煤的比表面积和吸附能力的大小呈现规律性的变化。     

AN INVESTIGATION OF THE HYDROPHOBIC AGGLOMERATION CHARACTERISTICS OF EASY DEGRADATION COAL FINES IN WATER

The separation of ultrafine coal from three Chinese coal samples of easy degradation coal fines in water has been investigated by the application of a hydrophobic agglomeration process. In addition to yielding clean coal with high recovery, this process requires significantly less oil concentration for agglomeration (less than 0.4% in oil-water weight ratio) and produces stabler agglomerates than general oil agglomeration process, the cost of the oil would no longer be an important consideration for its commercial application. Neutral diesel oil was used to make oleophilic coal particles agglomerated with good rejection of clay minerals under little oil consumption and certain agitation speed at 2000 r/min. An important advantage of this process compared with other cleaning fine coal methods is that it can extremely reduce or eliminate the effects of coal degradation and some clay minerals on coal preparation.     

童亭原煤的泥化试验研究

童亭原煤是临涣选煤厂入洗原煤中泥化情况最严重的煤种之一。文章通过泥化实验,研究童亭原煤的泥化程度,并通过XRD实验,分析童亭原煤中的伴生矿物的种类,探讨导致童亭原煤容易泥化的原因。     

岩石气态水吸附特性及其影响因素实验研究

吸水是导致岩石尤其是含黏土软岩变形乃至破坏的最重要的诱因之一.本文通过对采自国内三个不同矿区的若干深部软岩样品进行气态水吸附实验,得到了三组不同类型岩石的气态水吸附曲线;通过对吸水曲线进行回归拟合建立了各类岩石的吸水特征函数,对比分析得出岩石的气态水吸附随时间的动态变化规律.此外,结合X射线衍射实验、扫描电镜实验及压汞实验,得到了岩样的矿物组成、微观结构及孔隙率、孔隙分形维数等重要参数,综合分析了各因素对岩样气态水吸附特性的影响.研究结果表明,三种岩石样品气态水吸附随时间动态变化均表现为减速吸水过程,并可以用负指数函数进行拟合.三种岩样吸水能力差异显著,按大小排序依次为:大强砾岩＞沙吉海泥岩＞哈拉沟砂岩.黏土矿物成分的含量越高,岩石的吸水率、吸水速率就越大;而黏土矿物成分中,蒙脱石又对岩石吸水起到至关重要的作用.岩样的有效孔隙率越大,其吸附气态水的能力越强;岩样的有效孔隙结构越复杂,其吸附气态水的能力越弱.     

平顶山东部矿区深井动力灾害多因素耦合统一灾变机理

冲击地压、煤与瓦斯突出两者的强度理论本质上是类似的,两者的孕育过程也是相似的,但发生的能量来源和过程有较大区别。平顶山东部矿区深井动力灾害受区内褶曲、断层、构造煤及煤层瓦斯等多因素控制,在采掘过程中,构造应力、瓦斯压力与采动应力相互耦合,煤岩固体骨架有效应力的改变导致了孔隙率变化,结果使瓦斯压力改变,进而影响到煤层瓦斯运动。瓦斯在煤层中迁移时,孔隙压力变化引起固体骨架变形,反映了煤体变形与孔隙压力变化的相互关系。围绕平顶山东部矿区深部开采矿井动力灾害问题开展研究工作,分析各类矿井动力灾害发生的机理和动力源,确定了平顶山东部矿区煤样冲击倾向性等级,揭示出深井动力灾害的多因素耦合统一灾变机理,建立了统一的数学模型。     

煤系蒙脱土的改性及其结构表征

安徽宣城煤系蒙脱土经提纯、钠化剂改性后,利用烷基季铵盐的离子交换性对其进行有机再改性,通过XRD、TEM等手段,对照分析改性前后煤系蒙脱土的离子交换量、晶层变化及其吸附性、膨胀性的变化规律,并对其结构进行了表征。     

不同热破裂温度下煤岩的孔裂隙演化特征研究

为了研究不同温度下煤页岩的细观孔隙结构,对经过20、100、300、500℃热破裂温度下的煤岩试样进行微米CT扫描试验,基于阈值分割算法得到了三维孔隙重构模型,并分析了孔隙率、孔喉尺寸参数和孔隙连通度的量化指标随温度变化的关系。结果表明,利用CT扫描技术获得煤岩的二维切片,经过重构可得到三维孔隙结构模型;表征孔隙含量的孔隙率与温度呈指数型函数关系;最大孔喉长度L和平均孔喉半径R随温度上升的增速呈先慢后快的特点;煤页岩的孔隙连通度随环境温度的升高保持初期迅速上升,在中期缓慢上升,到后期有所下降的变化。     

循环载荷作用下煤体渗透率演化的实验分析

多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异性特征有理论支撑作用。借助于煤层渗透率应力敏感模型分析,研究了影响煤体渗透率变化的关键表征参数及其函数关系;为验证关键参数对煤体渗透率影响,采用预定轴压和气压、加卸载围压的方式开展煤体三轴循环变载气体渗流实验,分析在不同围压(2.0～12.0 MPa)下煤体渗透率和体应变的演化规律;为研究煤体孔隙结构变化对渗透率的影响,通过低温氮气吸附实验和荧光显微镜煤样观测统计,完成了循环载荷加卸载前后煤体孔隙结构变化对比。研究结果表明,煤体加载/卸载过程中渗透率变化趋势与围压变化负相关,总体可以分为线性段、指数段和稳定段等3个阶段;随循环加载次数的增加煤体应变逐步增大,而渗透率却随之降低;相同条件下,煤体渗透率随体应变增加而升高,增幅在16.79%以上,而渗透率恢复率逐步降低,且与围压变化负相关;3次循环加卸载实验导致煤体孔隙结构发生了显著变化,微孔体积提高71.79%,比表面积增加52.19%,而平均孔径降低32.06%,但循环载荷没有改变煤体的最可几孔径;孔隙结构变化的数据表明,微孔体积增加是煤体渗透率劣化的重要标志之一。对比循环载荷作用前后的孔隙结构实验数据发现,影响气体吸附-解吸的孔隙结构变化,决定了"迟滞环"面积,而决定"迟滞环"形状的关键因素是由煤体最可几孔径控制的突变压力。另外,煤体应变包括裂隙体积变化和孔隙体积变化两部分,其中裂隙影响重要度指标(χ)反映了裂隙体积变化在煤体应变中的权重关系,χ变化随围压升高而降低。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

小纪汗井田地层介质渗透特性及煤层为主含水层成因机制

以陕北榆横矿区特殊地质背景为基础,通过瞬态渗透试验研究小纪汗煤矿煤系地层的渗透力学特性,基于采集的岩样两端孔隙压差时间序列,通过差分得到渗流速度及其变化率的时间序列,基于最小二乘法计算得到了各层岩样在不同围压下全应力应变过程中的渗透率、非达西流因子及加速度系数,比较了不同岩层的最大渗透率及最小渗透率。研究表明：① 随着压缩应变的增加,煤样应力峰值滞后于渗透率峰值;② 应力峰后阶段,煤样非达西流因子及加速度系数先急剧增加后显著下降,两者峰值滞后于应力峰值;③ 洛河组中粒长石砂岩与2号煤层岩样峰后的最高渗透率显著高于其他岩层;④ 煤样的渗透率峰后约为1×10-15 m2量级,普遍高于一般煤矿煤层的渗透率;⑤ 所有岩层中,富县组砂质泥岩的渗透率最低,可视为隔水层。