平煤十二礦構造煤煤層氣特征研究

試驗研究總第166期doi;10. 3969/j. isn. 1005 - 2798. 2013. 06.004平煤十二礦構造煤煤層氣特征研究楊曉娜' ,宋志敏2,張子戌“(1.河南工程學(xué)院,河南鄭州451191;2. 河南理工大學(xué),河南焦作454000)摘要:文章以平煤十二礦煤樣為例,分別進(jìn)行了壓汞實(shí)驗和等溫吸附--解吸實(shí)驗,從構造煤的孔隙結構特征及構造煤對煤層氣吸附一解吸的影響來(lái)研究十二礦構造煤煤層氣特征。本次研究結果如下:①構造煤孔隙結構多以小孔和微孔為主,有利于煤層氣的吸附;②煤體結構破壞越嚴重,對煤層氣的吸附越弱;③常溫下,煤層氣吸附-解吸可逆。 研究結果表明平煤十二礦有利于煤層氣的開(kāi)發(fā)。關(guān)鍵詞:構造煤;煤層氣;孔隙結構;吸附一解吸;煤體結構中圖分類(lèi)號:TD713文獻標識碼:A文章編號:1005- 2798 (2013 )06- 0012-03The Coal Bed Methane Characteristics on Tectonic Coalin No. 12 Coal Mine of PingdingshanYANG Xiao -na' , SONG Zhi -min' , 2, ZHANG Zi -xu2(1. Henan Instiute of Engineering, Zhengzhou 451191, China ;2. Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000 , China)Abstract: In order to study the coal bed methane characteristics on tectonic coal from the pore structure characteristics of tectonic coaland the elect on coal-bed methane adsorption- desorption. This paper carried out mercury intrusion experiments and isothermal adsorp-tion- desorption experiments according to the coal samples of 12 Coal Mine of Pingdingshan. The result show that :①many holes andmicroporous mainly on tectonic coal , in favor of coal -bed methane adsorption ;②coal body structure damage more serious , weak the coal-bed gas adsorption ;③coal bed methane adsorption. desorption reversibility under normal atmospheric temperature. Research resultsshow that the characteristics of tectonic coal is conducive to the development of coal -bed gas in NO. 12 Coal Mine of pingdingshan .Keywords:tectonic coal; coal bed methane; pore structure; adsorption- desorption; coal structure構造煤是原生結構煤在構造應力作用下，煤體:上成層分 布,剖面上明顯呈三層結構,厚度在0.5~的原生結構、構造發(fā)生不同程度破壞的一類(lèi)煤-31。1.2m之間變化,局部地段受斜切斷層的影響,己組煤體的破壞程度不同,煤儲層物性不同4。因此, 研煤層中均可見(jiàn)到順層滑動(dòng)的鏡面,使原生結構煤和究構造煤有利于對煤層結構和煤儲層物性變化的認構造煤分界清晰,在滑動(dòng)面下常發(fā)育碎粒煤和糜棱識,從而為解決煤礦安全生產(chǎn)、煤層氣的開(kāi)發(fā)利用以煤,滑動(dòng)面上發(fā)育原生結構煤或原生結構煤和碎裂及減少礦井有害氣體的排放提供預見(jiàn)性的資料。煤[5-6]。1礦井概況2實(shí)驗部分十二礦位于平頂山礦區東郊,井田走向長(cháng)5 km，2.1 樣品采集傾斜長(cháng)3 km,井田面積15 km2 ,礦井開(kāi)采上限標高本次實(shí)驗所采用煤樣為平煤十二礦的己組肥為-75m,下限標高為一835m,年生產(chǎn)能力煤。根據研究區煤層結構特征,在回采工作面新鮮150萬(wàn)t。該井田位于大型向斜李口集向斜西南翼，煤面相鄰或相近位 置采取可對比的原生結構煤、碎鍋底山斷層的上升盤(pán),地層走向北西西,總體傾向北裂煤、碎粒煤和糜棱煤4種煤樣,煤體結構宏觀(guān)類(lèi)型北東,存在兩個(gè)次級褶皺和三條大、中型斷層。受褶觀(guān)測結果和煤質(zhì)分析結果分別見(jiàn)表1和表2。皺和斷裂構造影響,井田內構造煤普遍發(fā)育,在橫向中國煤化工收稿日期:2013-0306.JYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:楊曉娜( 1980- ),女,河南鄭州人，碩士,助教,從事煤田地質(zhì)教學(xué)工TF。12.2013年6月楊曉娜等:平煤十二礦構造煤煤層氣特征研究第22卷第6期表1煤體結構宏觀(guān)鑒定樣品號煤樣類(lèi)型 光澤結構構造構造裂隙揉皺破碎程度Pdsl號原生結構煤 光亮原生結構原生條帶明顯,塊體間無(wú)位移捏不動(dòng)Pds2號碎裂煤半亮 碎裂結構 ,小片構造被多組互相交切的裂隙切割，呈現棱角狀塊體,可捻搓成cm、mm級碎粒。未見(jiàn)揉皺鏡面。Pds3號碎粒煤半亮碎粒結構無(wú)法觀(guān)察煤被揉搓捻碎,主要粒級在1 mm以上。Pds4號糜棱煤暗糜棱結構可搓成粉末表2煤樣的煤質(zhì)分析南理工大學(xué)采用美國MICROMERITICS INSTRU-樣品號Mg/%Ay/%Vvu/%M./%MENT公司AutoPoreIV9505型全制動(dòng)壓汞儀對煤Pdsl 號1.375.31 .28.492.57樣進(jìn)行壓汞實(shí)驗。Pds2 號.1.0713. 7020.852.391. 2014. 4620. 8S2. 01孔隙是煤中氣體儲存的主要場(chǎng)所,孔徑大小及Pds4 號1.3131.53 .18.274.33分布均勻程度不僅對氣體的運移、擴散方式具有重要影響,還對氣體在孔隙中吸附的先后有一定的影2.2孔隙 結構特征響。其中,微孔對煤的吸附性影響最大。煤吸附氣煤是一種復雜的多孔性固體,煤的孔隙結構是體過(guò)程中,在孔徑大小允許氣體分子通過(guò)的前提下，研究煤層氣賦存狀態(tài)、固一液-氣三相介質(zhì)作用以孔徑越小，孔隙內表面能迭加后的表面勢能也越大，及煤層氣吸附一解吸、擴散和滲流的基礎1-)。煤對氣體吸附能力也就越大。因此氣體分子在多孔介的孔隙結構不同,對煤層氣的吸附效果不同。煤體質(zhì)運移過(guò)程中,優(yōu)先吸附于微孔,其后隨著(zhù)流體壓力強烈的構造變形使煤的孔隙結構發(fā)生了很大變化，的增大,氣體分子在較大孔隙中吸附。本次壓汞實(shí)孔隙大小及分布規律直接影響著(zhù)煤層氣的儲集能力驗所測的孔容、孔比表面積數據如表3和表4所示。和產(chǎn)氣量。為了研究構造煤的孔隙結構特征,在河表3孔容實(shí)驗數據孔容/(mL.g-孔容比/%樣品號煤樣類(lèi)型V_VV/V 2/VV,/VV/Vpdsl 號原生結構煤 0.0098 0.0042 0.0115 0.0102 0.0357 27.45 11. 7632.2128. 57pds2號碎裂煤0.00620.022 0.0106 0.009 90. 028 921. 4536.6834. 26pd3號0.0087 0.0041 0.0074 0.0068 0.027. 32. 2215. 1927.4125. 19pds4號0.015 40.0102 0.0110.009 ，0.045 633.7722.3724.1219.74注:V為大孔孔容(D> 1 000 nm) ;V2為中孔孔容(1 000 nm > D> 100 nm) ;Vs為小孔容(100 nm> D> 10 nm);Vs為微孔孔容(10 mm>D>5.5 nm) ,v為總孔容。表4孔比表面積實(shí)驗數據孔比表面積/(m2.g-1孔比表面積比/%SS2S4S，_S;/S S2/S,S3/S S./S,pds1號原生結構煤 0.0080.049 2. 1445. 5247. 7250.100.6327.7571.510.0050.0321.9785.4287.4430.4326.5872. 93pds3號0.0090.0491.3523.6575.0670.1826.68 .72. 17_pds4號0. 0190.1251.872 .4. 8816. 8970.281.8127. 1470. 77注:S;為大孔比表面積(D>1 000 nm) ;Sr為中孔比表面積(1 000 nm > D> 100 nm) ;S,為小孔比表面積(100 m>D>10 nm);Ss為微孔比表面積( 10 mm> D>5.5 nm) ,S,為總比表面積。煤層瓦斯主要以吸附形式賦存于煤層中,-般加而大孔和中孔有不同程度下降。pds3 號煤樣孔來(lái)說(shuō),吸附孔發(fā)育,吸附性強,通常將微孔和小孔合容主要集中分布于大孔和小孔,孔容比各占32. 22%稱(chēng)為吸附孔。.和27.41% ,中孔孔容比最小15.19%。碎粒煤孔容由表3可知,pds1號煤樣孔容主要集中分布于與碎裂煤孔容相比,大孔和中孔有不同程度增加,而小孔和微孔,孔容比各占32. 21%和28. 57% ,中孔小孔和微孔有不同程度下降。pds4 號煤樣孔容主孔容比最小為11. 76%。pds2 號煤樣孔容主要集中要集中分布于大孔和小孔,孔容比各占33. 77%和分布于小孔和微孔，孔容比各占36. 68%和24. 12% ,微中國煤化工。糜棱煤孔容34. 26% ,中孔孔容比最小為7. 61%。碎裂煤孔容與碎粒煤孔CNMH(敏孔減小,大孔與原生結構煤孔容相比,小孔和微孔有不同程度增和小孔變化不大。根據表5中個(gè)同煤樣孔容和孔容32013年6月魏士平:基于FLUENT的孔板流量計內部瓦斯流場(chǎng)的模擬研究第22卷第6期在壁面附近形成回旋,產(chǎn)生低壓。瓦斯流經(jīng)孔板之前明:流體從進(jìn)入孔板到流過(guò)孔板壓力呈現下降趨勢,的速度較慢,流經(jīng)孔板以后速度明顯加快,而且位于且進(jìn)人孔板瞬間壓力下降最快;流體流人孔板之前管道軸心的瓦斯速度要比周?chē)耐咚顾俣却蟮枚?。速度逐漸增加，且在流入孔板瞬間上升到最大值,流過(guò)孔板后速度有所下降,并逐漸向管壁遞減。這種流體在孔板內呈現的壓力和速度的變化特性與規律為孔板流量計的研究開(kāi)發(fā)與優(yōu)化設計提供了理論依據,同時(shí),計算流體力學(xué)軟件的應用也為以后的流體測量領(lǐng)域提供了方向。參考文獻:圖5壓力 等值線(xiàn)云圖[1] 張靜.差壓式流量測量的新途徑[J].石油化工自動(dòng)化,2004,12(5):87 -89.王福軍.計算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.翟建華.計算流體力學(xué)( CFD)的通用軟件[J].河北科技大學(xué)學(xué)報,2005 ,26(2):160- 165.[4] 張濤,賈云飛,吳蕾.基于FLUENT數值仿真下的旋進(jìn)旋渦流量計的研究與優(yōu)化[J].化工自動(dòng)化及儀圖6速度等值線(xiàn) 云圖表,2005 ,32(6) :62 -64.3結.語(yǔ)[5] 姚征,陳康民.CFD 通用軟件綜述[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報,2002 ,24(2) :137 - 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