冲击载荷对无烟煤微观孔隙的作用机理

作     者：王以贤 梁为民 WANG Yixian;LIANG Weimin

作者机构：河南建筑职业技术学院河南省郑州市450064 河南理工大学土木工程学院河南省焦作市454003 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2021年第41卷第9期

页      面：87-97页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目“冲击载荷下高阶煤的大分子结构及微观/纳观孔隙的动态响应特征及其机制”(编号:41772163) 

主　　题：冲击载荷 无烟煤 微观孔隙 作用机理 位错塞积 沁水煤田 

摘      要：为了研究冲击载荷对无烟煤微观孔隙的作用机理、提高煤层气的开发效果,以山西沁水煤田成庄矿无烟煤为研究对象,利用霍普金森冲击系统分别对垂直、平行、45°斜交层理方向煤样实施冲击载荷模拟实验,根据冲击载荷前后压汞、低温液氮和电镜扫描测试数据,分析了冲击载荷对无烟煤微观孔隙的作用规律与特点,进一步探究了冲击载荷对无烟煤微观孔隙的作用机理。研究结果表明:①冲击载荷能增大孔径和孔容,改善孔隙结构,提高孔隙连通性,增强瓦斯扩散、渗流与运移速度,并存在冲击载荷的最佳改善效果,不同方向最佳改善效果所对应的冲击载荷大小不同;②最佳改善效果以前的冲击载荷改善孔隙结构及渗透特征,最佳改善效果以后的冲击载荷增加微孔、堵塞中大孔、整体劣化孔隙孔渗特征;③冲击载荷对煤样的破坏模式可以分为两种——一种是始于微晶结构、基于位错塞积效应的破坏模式,另一种是始于宏观孔隙、基于煤基质破碎的破坏模式。结论认为,该研究成果对于进一步认识煤层气产气机理、产气特征及其控制因素具有重要的理论意义,对经济有效地开采煤层气具有现实意义及推广价值。