【摘 要】
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近年来,我国许多煤层气的勘探开发逐渐向新疆西部低阶煤层中进行。煤层气（瓦斯）既是一种清洁高效的优质能源,又是影响煤矿安全的一种危险源,瓦斯抽采是防治矿井瓦斯灾害和利用瓦斯资源的主要措施之一。随着我国煤矿开采深度不断增加,地应力、瓦斯压力增大对煤体孔隙结构及其瓦斯吸附特性产生影响,因此开展新疆低阶煤孔隙结构及其瓦斯吸附特性的研究,从微观尺度定量研究低阶煤的孔隙结构和不同瓦斯压力、围压下的瓦斯的吸附特
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近年来,我国许多煤层气的勘探开发逐渐向新疆西部低阶煤层中进行。煤层气（瓦斯）既是一种清洁高效的优质能源,又是影响煤矿安全的一种危险源,瓦斯抽采是防治矿井瓦斯灾害和利用瓦斯资源的主要措施之一。随着我国煤矿开采深度不断增加,地应力、瓦斯压力增大对煤体孔隙结构及其瓦斯吸附特性产生影响,因此开展新疆低阶煤孔隙结构及其瓦斯吸附特性的研究,从微观尺度定量研究低阶煤的孔隙结构和不同瓦斯压力、围压下的瓦斯的吸附特性,对提高新疆低阶煤层气开发效果和井下瓦斯抽采率十分必要。（1）本文采用定性和定量相结合的研究方法分析新疆艾维尔沟低阶煤的微观孔隙结构。借助扫描电镜实验得到低阶煤各类气孔多,连通性好。借助压汞、液氮吸附和低场核磁共振实验得到煤样孔径分布特征和孔隙类型,结果表明:低阶煤孔隙度较高在7.0%以上,孔隙类型多为开放型,孔隙间连通性较好;小孔和大孔体积占有较大比例,分别为21.0%和54.0%左右;微孔和小孔比表面积占有较大比例,分别为58.0%和34.0%左右,微孔比表面积是孔隙比表面积的主要贡献者,其构成了低阶煤瓦斯吸附的主要场所。（2）开展不同充气瓦斯压力下低阶煤瓦斯吸附实验,研究分析充气瓦斯压力对低阶煤吸附影响规律。低阶煤在不同充气瓦斯压力下,其瓦斯含量均随充气时间的增加逐渐增加直至趋于不变,微小孔隙内吸附的瓦斯量均随充气时间的增加逐渐增大直至稳定。充气瓦斯压力促进煤样吸附瓦斯,且初始充气瓦斯压力越大,煤样吸附瓦斯速率越快,累计吸附的瓦斯量越多,当充气瓦斯压力由0.31MPa逐渐增加至0.74、1.11、1.46MPa时:充入瓦斯气体初期1h内,吸附态瓦斯质量由0.05653g逐渐增加至0.11117、0.18023、0.28731g,累计充气11h时,吸附态瓦斯质量由0.28189g逐渐增加至0.42892、0.52313、0.60523g。充气初期1h内,吸附态瓦斯质量随充气瓦斯压力呈线性增大,随着充气时间的增加,吸附态瓦斯质量与瓦斯压力符合y=(abp1-c)/(1+p1-c)形式;游离态瓦斯质量随充气瓦斯压力呈线性增大。根据吸附态瓦横向弛豫时间随充气瓦斯压力变化可知,充气瓦斯压力对低阶煤微孔结构影响不明显。（3）开展不同围压下低阶煤样瓦斯吸附实验,研究分析围压对低阶煤吸附影响规律。煤样在不同围压下吸附瓦斯时,其瓦斯含量均随充气时间的增加逐渐增加直至趋于不变,微小孔隙内吸附的瓦斯量随充气时间的增加逐渐增加直至趋于稳定。由吸附态和游离态瓦斯横向弛豫时间变化可知,增大围压对低阶煤微孔结构影响不明显,但会使煤体较大孔隙发生闭合。围压增大导致低阶煤较大孔隙发生闭合,瓦斯流动受阻从腔体进入到煤体微孔中变得困难,相同的充气时间内吸附态瓦斯量随围压增大而减小,当围压由3MPa逐渐增加到4、5、7 MPa时:充入瓦斯气体初期1h内,吸附态瓦斯质量由0.27664 g逐渐减少至0.25758、0.22531、0.1827g,累计充气11h时,吸附态瓦斯质量由0.51334g逐渐减少至0.48469、0.4243、0.36617g。
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