河南理工大学安全科学与工程学院安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地
超临界CO2压裂技术作为极具发展潜力的压裂煤体增透瓦斯技术,明晰其对煤体的影响机制,有助于推动该技术的机理研究和实践工程应用。为准确表征超临界CO2作用下高阶煤的孔裂隙结构及力学特性变化,以焦煤集团中马村矿的高阶煤为实验对象,通过自主搭建的超临界CO2浸泡实验系统,结合全自动物理吸附仪(BET)以及全自动压汞仪(MIP),对超临界CO2处理前后高阶煤的孔裂隙结构变化进行分析,并利用单轴压缩和声发射实验系统对超临界CO2处理前后高阶煤的单轴压缩力学特性和声发射特征进行测定。结果表明:超临界CO2对高阶煤具有良好的扩孔增渗作用。超临界CO2处理后高阶煤的微小孔孔容占比降低,中大孔孔容占比增大,且高阶煤的总孔容增大;超临界CO2对高阶煤的力学特性具有明显的劣化作用。超临界CO2处理后高阶煤单轴抗压强度和弹性模量均显著下降,降幅分别为70.06%和55.56%,且超临界CO2处理后高阶煤的内部声发射信号活跃度明显下降,高阶煤单轴抗压时间、累计振铃计数以及累计能量分别降低了98.68s、95.14千个、200.30V·ms,降幅分别为46.65%、37.65%、50.03%,高阶煤累计振铃计数以及累计能量平静期占比均显著增加,缓增期占比均降低,激增期前者占比降低,后者占比小幅度增加。研究成果将有助于推动超临界CO2压裂技术的机理研究,对深部高阶煤的煤层气开采和CO2地下封存具有一定指导意义。
0 引言
1 煤样制作及实验系统
1.1 煤样制作
1.2 煤样的工业参数分析
1.3 实验系统及方法
2浸泡系统'>1.3.1超临界CO2浸泡系统
1.3.2微观试验系统
1.3.3力学特性实验系统
2作用下高阶煤孔裂隙结构演化规律'>2超临界CO2作用下高阶煤孔裂隙结构演化规律
2.1 基于低温氮气吸脱附试验下的高阶煤孔裂隙结构变化
2.2 基于高压压汞实验下的高阶煤孔裂隙结构变化
2作用下高阶煤裂隙结构的演化机制'>2.3 超临界CO2作用下高阶煤裂隙结构的演化机制
3 高阶煤单轴压缩力学特性实验研究
4 高阶煤声发射特征实验研究
4.1 高阶煤声发射振铃计数变化规律
4.2 高阶煤声发射能量变化规律
4.3 高阶煤声发射振铃计数及声发射能量变化机制
5 结论
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会