低阶煤体瓦斯减阻增渗与强化驱替实验研究

作     者：陈勇 王鹏飞 刘荣华 王俏 刘开新 

作者机构：湖南科技大学资源环境与安全工程学院 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室 煤矿灾害防控全国重点实验室 中煤科工集团重庆研究院有限公司 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52274197) 南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室开放基金(E22226) 中煤科工集团重庆研究院有限公司创新引导项目(2023YBXM32) 

主　　题：液气耦合 减阻增渗 强化驱替 旋转粘度 瞬时流量 渗透率 

摘      要：为实现低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替，基于煤体多孔介质本真属性下瓦斯吸附与驱替机理，首先利用水介质、表面活性剂CTAB、微纳米气泡的共存特性获得了液气耦合介质，以环管流量、旋转粘度表征了液气耦合介质的优化性能与提质增效特征；之后结合渗流瞬时流量、气测渗透率量化了液气耦合介质对低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替效应。结果表明：质量分数0.05%的表面活性剂CTAB可有效降低液相表面张力50.41%，微纳米气泡可平均降低液相表面张力5.50mN·m-1；基于表面活性剂CTAB与微纳米气泡的表面活性，液气耦合介质环管流量相对蒸馏水介质、含表面活性剂介质分别增大1.44、1.27倍；转速100、200、300、600转/分时液气耦合介质旋转粘度相对蒸馏水介质分别降低60%、71.43%、50%、45.45%，相对含表面活性剂介质分别降低42.86%、60%、37.5%、25%。煤体分别在蒸馏水介质、含表面活性剂水介质、液气耦合介质平衡作用下甲烷渗流驱替时，随着介质环管流量的增大和旋转粘度的降低，瞬时流量与气测渗透率呈现逐渐增大的趋势。基于液气耦合介质良好的减阻性能与流动性能，对长焰煤分别在轴压3/5MPa、围压3/5MPa瓦斯驱替时时，瞬时流量相对蒸馏水介质分别增大1.43、1.67倍，气测渗透率相对蒸馏水介质分别增大1.44、1.68倍，且不同轴压/围压之间的渗流差异明显缩小。液气耦合介质进一步活化了表面性能，在高流量、低粘度作用下强化对低阶煤体瓦斯的减阻增渗与强化驱替，尤其对煤体增渗解吸与抽采达标、高产工作面瓦斯涌出防治具有明确的工程导向。