高压注水对煤体瓦斯解吸特性影响的试验研究

 为了研究高压水作用后的煤层瓦斯解吸特性,依据地面水力压裂煤层抽采煤层气的方案和工艺,设计一系列含瓦斯煤体注水后的解吸特性试验,说明实际状态下的含瓦斯煤体在受到高压水的长期作用后解吸能力及规律的变化。试验装置采用自主研制的吸附–注水–解吸成套设备,分阶段地进行吸附、高压注水和解吸试验,对于不同煤种同等吸附压力下、相同煤种不同吸附压力下的块状原煤进行自然解吸和不同压力下的高压注水解吸试验,以获得不同条件下试验煤体的瓦斯解吸规律。结果表明：(1) 在相同吸附平衡压力下,试验用1–1#贫煤的自然解吸率为56.17%,略高于试验用2–1#无烟煤的51.50%,与矿井实际的条件相同;(2) 水对含瓦斯煤体的解吸特性影响较大,等压注水后的1–1#,1–2#和2–1#煤体的瓦斯解吸率分别为40.15%,47.17%和 27.09%,只有自然解吸时的50%～70%,无烟煤的影响最大,较高瓦斯吸附压力下的贫煤影响最小;(3) 随着注水压力的增加,最终解吸率逐渐呈非线性的规律衰减,在注水压力达到一定极值后解吸率会保持稳定;(4) 解吸的时间效应与注水有关,自然解吸在较快时间内可以达到平衡,而注水后的解吸达到平衡的时间有不同程度的增加。     

单轴应力状态下贫瘦煤热解产气规律的实验研究

应用太原理工大学块煤热解试验系统对单轴应力状态下贫瘦煤热解的产气规律做了研究。得出如下结论:热解气体产量随着温度的增加是不断增加的,但每个温度段增加的总量有所不同,310℃时最大;由热解气体产生的趋势分析可知,热解气体的产生并不是一直在增加,存在热解气体产生的瓶颈问题,突破瓶颈热解气体产量会有所增长;平均产气速率也存在温度瓶颈问题,但从产气速率的角度而言,280℃和310℃是这个煤样工业应用阶段应该关注的温度段。     

煤层瓦斯解吸影响因素的试验研究

为了研究煤层瓦斯解吸影响因素,选用屯留矿的贫煤,设计了不同含水率下的含瓦斯块煤在自然状态下和高压注水之后的常温解吸和升温强化解吸试验.采用自制的吸附-解吸-注水成套试验设备,分4个阶段对煤样进行反复的吸附和解吸,将试验结果进行对比分析.结果表明:煤对瓦斯的吸附和解吸不是完全可逆的2个过程,含水率是0和1%的煤样在常温自然状态下的解吸率分别是62.3%和67.9%,水对瓦斯的解吸影响较大;在高压注水之后,含水率为0和1%的煤样在常温自然状态下的解吸率分别为11.5%和27.5%;升温可以促使残余瓦斯的解吸,50℃时含水率为0和1%的未注水煤样,解吸率分别是常温下的1.5和1.4倍,注水后的解吸率分别是常温下的2.5和1.7倍.     

低渗透煤层钻孔与水力割缝瓦斯排放的实验研究

介绍了特大煤样采用水力割缝提高瓦斯渗透率的实验研究。实验表明,割缝能提高瓦斯的排放量;当埋深400m时,割缝较钻孔的瓦斯排放量提高25％;相同埋深的煤层,割缝后,初期瓦斯排放速度急增,为钻孔的2．0－2．5倍。     

煤体应变对渗透率的影响分析

煤的渗透率受到骨架应力与孔隙压力的共同作用,并与煤的吸附变形有关。通过实验方法研究了煤体渗透率与变形之间的关系,结果表明:相同气体组分相同围压条件下,应变与渗透率的变化关系呈"V"字形曲线,应变有一临界范围,大于这一范围随应变的增大渗透率变化不大,而小于这一值时,渗透率变化很大;气体组分不同时,高应变条件下,CO2的渗透率略微大于N2的渗透率,这与孔隙压力与渗透率的变化关系是有区别的。     

岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响

采用非均质数值试验的方法，研究了非均质参数m对岩石材料强度尺寸效应的影响，提出尺寸效应影响参数η，其值越大尺寸效应越明显.研究表明：随着非均质参数m的增加，尺寸效应影响参数η的值先增加后减小，当m→＋∞时η→0.在m=2附近时η达到最大值，此时的强度尺寸效应最明显.η在1.65≤m≤3范围内变化最为剧烈，所以当非均质参数m在此范围内时，岩石材料的强度尺寸效应在明显和不明显之间变化幅度最大.     

褐煤热破裂的显微CT实验

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100 ℃左右时,大裂隙(>800 μm)占主导地位;200 ℃左右时,中等裂隙（100~400 μm）占主导地位;300 ℃之后微裂隙（<100 μm）占主导地位;热破裂的阈值为300 ℃左右;在300 ℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300 ℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。     

岩体裂隙尺度对其变形与破坏的控制作用

岩体是一种含有大量缺陷的天然材料,其中的断层、裂缝和裂隙称为高层次缺陷,微裂隙、孔隙等称为低层次缺陷.首先分析包含宏观和微观裂隙的岩石裂隙数量与尺度之间的分形关系,并按照裂隙尺度进行分级.然后采用数值试验方法,通过逐级增加裂隙,研究岩体裂隙尺度对其变形与破坏的控制作用.研究结果表明,当裂缝、裂隙、微裂隙、孔隙等不同尺度、不同层次缺陷并存时,高层次缺陷对岩体的变形、稳定、破坏起着主导控制作用.     

巷旁深切缝对顶部岩层应力控制作用研究

当煤层顶板中存在1层或者数层坚硬岩层时,随着工作面采高的增加,侧向岩层应力集中范围增大,导致护巷煤柱宽度增大。为了减小护巷煤柱宽度,提出顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术原理。采用相似模拟和数值模拟实验,对巷旁顶板不同切缝深度的岩层应力传递控制作用进行了系统的研究,揭示了切缝深度对岩层破裂和顶板下沉的影响。结果表明:随着切缝深度的增加,煤柱上方岩层应力逐渐减小,层位越高,应力越小;工作面侧向采空区顶板下沉量增大,采空区岩层应力逐渐增加,层位越高,应力越大;煤柱上方10,20 m岩层应力峰值、峰值点距切缝边缘距离与切缝深度呈非线性反比关系;采空区上方10,20 m岩层应力与切缝深度呈指数关系,说明深度切缝可以有效控制岩层应力分布、应力峰值及峰值点距切缝边缘的距离。     

岩体动力破坏的最小能量原理

根据岩体动力破坏实际释放的能量远大于诱发能量这一事实，在较详细论证岩体非均质、各向异性、应力状态不同，其破坏方式和消耗能量也有差异的基础上，提出了岩体动力破坏的最小能量原理：即岩体动力破坏真正需要消耗的总是单向应力状态的破坏能量。还介绍了此类事件的几个事例，及其对防护工程与地下工程的重要意义。