【摘 要】
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我国煤层普遍具有变质程度高、渗透率低、储层压力低等特点,使得瓦斯抽采效果差,容易发生瓦斯灾害事故,亟需安全高效的煤层增透新技术。低温冷冻致裂增透是一种新的煤层增透技术,煤体致裂增透效果明显。国内外学者对低温冷冻砂岩、页岩等开展了实验和理论研究,研究了冷冻时间、水饱和度对岩样孔裂隙特征影响,但对煤体致裂的影响因素及机理研究相对较少。本文对不同变质程度煤样采用核磁共振技术,研究不同冷源、不同冻融循环次
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我国煤层普遍具有变质程度高、渗透率低、储层压力低等特点,使得瓦斯抽采效果差,容易发生瓦斯灾害事故,亟需安全高效的煤层增透新技术。低温冷冻致裂增透是一种新的煤层增透技术,煤体致裂增透效果明显。国内外学者对低温冷冻砂岩、页岩等开展了实验和理论研究,研究了冷冻时间、水饱和度对岩样孔裂隙特征影响,但对煤体致裂的影响因素及机理研究相对较少。本文对不同变质程度煤样采用核磁共振技术,研究不同冷源、不同冻融循环次数条件下,煤样孔裂隙扩展特性、影响因素及机理等内容,研究成果可为低渗透性煤层低温冷冻致裂增透、强化抽采、低温冷冻石门快速揭煤新工艺等提供理论基础和技术支撑。在前人研究的基础上,本论文通过研究得到如下研究成果:(1)冻融作用对煤体孔隙结构特征改造效果明显。利用核磁共振技术对冻融前后的无烟煤和焦煤的内部孔隙结构开展研究。通过对冻融前后各煤样T2图谱面积变化的对比分析,认为冻融循环作用能够促进煤样内部孔隙结构发育,且焦煤的冻融损伤程度大于无烟煤;随着冻融次数的增加,各煤样T2图谱面积均增加,图谱面积增幅逐渐减小;3次冻融循环时,冷冻箱冻融对煤样的孔隙结构改造效果好于液氮冻融,6次及9次冻融循环时,液氮冻融对煤体孔隙结构的改造效果要大于冷冻箱冻融。(2)煤样瓦斯放散实验证明了冻融循环作用对煤体孔隙结构特征的改造。通过对冻融前后无烟煤和焦煤瓦斯放散参数(放散量、放散速度、扩散系数)的测定,测定结果表明,冻融损伤能够改造煤体的孔隙结构,有效增加煤体的渗透性,减小瓦斯扩散阻力,有助于瓦斯解吸,煤体的极限瓦斯解吸量增加,解吸速度和有效扩散系数增大。(3)探讨了冻融循环条件下煤样致裂机理。认为煤样破裂是由煤基质产生的热应力和水冰相变产生的冻胀力综合作用所致。液氮冻融作用对煤体产生的裂隙尖端热应力强度因子大于冷冻箱冻融作用,无烟煤热应力强度因子大于焦煤;冷冻箱冻融循环煤样产生的冻胀力大于液氮冻融循环,焦煤冻胀力均大于无烟煤,与实验结果一致。通过上述研究,确立了冷源为影响冻融循环条件下煤体致裂的主要因素,煤样变质程度次之,冻融次数影响最小。
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