【摘 要】
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随着煤矿开采逐渐进入深部,中阶煤层气资源将是开发的热点,其可采储量达4.35×1012m~3,若能有效利用将对我国能源结构调整与优化具有重要意义。准确掌握煤层气赋存资源及分布是煤层气开发利用的关键,为保证中阶煤层气的开发和瓦斯灾害的治理,需进一步研究中阶煤的瓦斯吸附规律。本文以4组不同煤级的中阶煤样为研究对象,运用高压压汞、液氮吸附和低场核磁共振等测试手段,对煤孔隙特征进行精细表征。通过核磁共振吸
【基金项目】
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国家自然科学基金项目《中高煤阶煤瓦斯吸附能力差异性的低场核磁共振实验研究》（51704099）；
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随着煤矿开采逐渐进入深部,中阶煤层气资源将是开发的热点,其可采储量达4.35×1012m~3,若能有效利用将对我国能源结构调整与优化具有重要意义。准确掌握煤层气赋存资源及分布是煤层气开发利用的关键,为保证中阶煤层气的开发和瓦斯灾害的治理,需进一步研究中阶煤的瓦斯吸附规律。本文以4组不同煤级的中阶煤样为研究对象,运用高压压汞、液氮吸附和低场核磁共振等测试手段,对煤孔隙特征进行精细表征。通过核磁共振吸附装置,开展了不同水分、温度下煤的瓦斯吸附实验,依据反演的曲线、谱积分面积等参数的变化,揭示了水分、温度对煤瓦斯吸附的影响规律。主要结论如下:（1）得到了中阶煤储层的孔隙特征。中阶煤储层是以微小孔为主、中孔次之、大孔最少,微小孔为比表面积的主要贡献者。中阶煤的孔容积介于3.19～5.21×10-2ml·g-1,比表面积介于6.25～9.81m~2·g-1,孔隙度介于5.171%～8.307%,渗透率介于0.008～1.253 m D。随着煤级的升高,微小孔、吸附孔吼占比逐渐增大,中大孔、渗流孔吼占比逐渐减小,孔隙之间连通性越来越差,渗透率逐渐降低。随着煤级的降低,有效孔隙度逐渐增大,残余孔隙度逐渐减小,孔容积、总孔隙度呈现出先减小后增大的趋势。（2）得到了水分对中阶煤瓦斯吸附的影响规律。瓦斯吸附量随着吸附时间呈现先增大后保持不变的趋势,符合Langmuir吸附理论。同一水分煤样,随着变质程度的增加,吸附态瓦斯含量、瓦斯吸附饱和量及增量均逐渐增大,而非吸附态瓦斯含量逐渐减小,达到吸附平衡所需时间变长。同一煤级煤样,随着水分的增加,瓦斯吸附初速度呈3次函数下降,瓦斯吸附饱和量呈幂函数下降,吸附态与非吸附态瓦斯含量均逐渐减小,达到平衡所需的时间由7 h变成9 h。吸附态瓦斯含量随着束缚水的增加而减少,非吸附态瓦斯含量会随着自由水的增加而减少。（3）得到了温度对中阶煤瓦斯吸附的影响规律。瓦斯吸附量随着吸附时间呈现先增大后保持不变的趋势,符合Langmuir吸附理论。同一温度煤样,随着变质程度的增加,瓦斯吸附量逐渐增大,达到吸附平衡所需时间变长。同一煤级煤样,随着温度的增加,肥煤、焦煤及瘦煤的瓦斯吸附量呈线性增长,贫煤的瓦斯吸附量呈幂函数增长。高温对煤孔隙有扩胀作用,造成微小孔隙的占比降低,吸附态瓦斯储集能力变弱,中大孔隙的占比升高,非吸附态瓦斯储集能力变强。
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