中国矿业大学 矿业工程学院 煤炭资源与安全开采国家重点实验室西安科技大学 安全科学与工程学院中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院 共伴生能源精准开采北京市重点实验室
中国地大物博,多种煤阶煤层广泛赋存,而且中国多低透气性高瓦斯煤层,很大程度上限制了煤层气的高效抽采。如何针对不同煤阶、性质的煤选择合理的液氮致裂方法是一个亟待解决的难题。为此,分别选择褐煤、烟煤和无烟煤三种煤阶的煤样进行不同条件下的液氮溶浸,并使用摄像机定点拍摄、观察煤样表面宏观裂隙的演化规律,使用受载煤体注气驱替瓦斯测试实验系统与纯度为99.999%的氮气测试得出煤样渗透率的变化规律。对实验得到的煤样渗流曲线趋势进行简要讨论,对比分析了液氮处理不同阶段煤样的渗透率数值。实验结果表明:1) 相同围压条件下,煤样的渗透率随着气体压力的增加呈“U”型变化趋势,使用二次函数公式拟合效果良好;2) 单次液氮处理即可对褐煤煤样产生显著增透效果;3) 通过增加液氮循环处理次数可有效提升液氮对烟煤的增透效果,一次液氮溶浸处理后的烟煤渗透率增幅最大达到514.89%,两次处理后最大可达到1129.79%;4) 多次液氮处理对无烟煤透气性的改善不甚明显,只会逐渐降低其抗拉强度,通过增大热冷冲击温度梯度的液氮处理方式可以有效改善无烟煤透气性,在围压-气压为2-1.25MPa时,初始温度50℃的无烟煤液氮处理后的渗透率增幅仅是2.44%,而初始温度100℃的无烟煤处理后的渗透率增幅达到125.43%;5) 基于实验结果讨论、提出适宜于不同煤阶煤层的液氮致裂增透方法。
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