試驗(yàn)研究總第166期doi;10. 3969/j. isn. 1005 - 2798. 2013. 06.004平煤十二礦構(gòu)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(yàn)和等溫吸附--解吸實(shí)驗(yàn),從構(gòu)造煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征及構(gòu)造煤對(duì)煤層氣吸附一解吸的影響來研究十二礦構(gòu)造煤煤層氣特征。本次研究結(jié)果如下:①構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)多以小孔和微孔為主,有利于煤層氣的吸附;②煤體結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重,對(duì)煤層氣的吸附越弱;③常溫下,煤層氣吸附-解吸可逆。 研究結(jié)果表明平煤十二礦有利于煤層氣的開發(fā)。關(guān)鍵詞:構(gòu)造煤;煤層氣;孔隙結(jié)構(gòu);吸附一解吸;煤體結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):TD713文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(gòu)造煤是原生結(jié)構(gòu)煤在構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤體:上成層分 布,剖面上明顯呈三層結(jié)構(gòu),厚度在0.5~的原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)生不同程度破壞的一類煤-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(chǔ)層物性不同4。因此, 研煤層中均可見到順層滑動(dòng)的鏡面,使原生結(jié)構(gòu)煤和究構(gòu)造煤有利于對(duì)煤層結(jié)構(gòu)和煤儲(chǔ)層物性變化的認(rèn)構(gòu)造煤分界清晰,在滑動(dòng)面下常發(fā)育碎粒煤和糜棱識(shí),從而為解決煤礦安全生產(chǎn)、煤層氣的開發(fā)利用以煤,滑動(dòng)面上發(fā)育原生結(jié)構(gòu)煤或原生結(jié)構(gòu)煤和碎裂及減少礦井有害氣體的排放提供預(yù)見性的資料。煤[5-6]。1礦井概況2實(shí)驗(yàn)部分十二礦位于平頂山礦區(qū)東郊,井田走向長(zhǎng)5 km，2.1 樣品采集傾斜長(zhǎng)3 km,井田面積15 km2 ,礦井開采上限標(biāo)高本次實(shí)驗(yàn)所采用煤樣為平煤十二礦的己組肥為-75m,下限標(biāo)高為一835m,年生產(chǎn)能力煤。根據(jù)研究區(qū)煤層結(jié)構(gòu)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(duì)比的原生結(jié)構(gòu)煤、碎鍋底山斷層的上升盤,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(jié)構(gòu)宏觀類型北東,存在兩個(gè)次級(jí)褶皺和三條大、中型斷層。受褶觀測(cè)結(jié)果和煤質(zhì)分析結(jié)果分別見表1和表2。皺和斷裂構(gòu)造影響,井田內(nèi)構(gòu)造煤普遍發(fā)育,在橫向中國(guó)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(gòu)造煤煤層氣特征研究第22卷第6期表1煤體結(jié)構(gòu)宏觀鑒定樣品號(hào)煤樣類型 光澤結(jié)構(gòu)構(gòu)造構(gòu)造裂隙揉皺破碎程度Pdsl號(hào)原生結(jié)構(gòu)煤 光亮原生結(jié)構(gòu)原生條帶明顯,塊體間無位移捏不動(dòng)Pds2號(hào)碎裂煤半亮 碎裂結(jié)構(gòu) ,小片構(gòu)造被多組互相交切的裂隙切割，呈現(xiàn)棱角狀塊體,可捻搓成cm、mm級(jí)碎粒。未見揉皺鏡面。Pds3號(hào)碎粒煤半亮碎粒結(jié)構(gòu)無法觀察煤被揉搓捻碎,主要粒級(jí)在1 mm以上。Pds4號(hào)糜棱煤暗糜棱結(jié)構(gòu)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(guó)MICROMERITICS INSTRU-樣品號(hào)Mg/%Ay/%Vvu/%M./%MENT公司AutoPoreIV9505型全制動(dòng)壓汞儀對(duì)煤Pdsl 號(hào)1.375.31 .28.492.57樣進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)。Pds2 號(hào).1.0713. 7020.852.391. 2014. 4620. 8S2. 01孔隙是煤中氣體儲(chǔ)存的主要場(chǎng)所,孔徑大小及Pds4 號(hào)1.3131.53 .18.274.33分布均勻程度不僅對(duì)氣體的運(yùn)移、擴(kuò)散方式具有重要影響,還對(duì)氣體在孔隙中吸附的先后有一定的影2.2孔隙 結(jié)構(gòu)特征響。其中,微孔對(duì)煤的吸附性影響最大。煤吸附氣煤是一種復(fù)雜的多孔性固體,煤的孔隙結(jié)構(gòu)是體過程中,在孔徑大小允許氣體分子通過的前提下，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(nèi)表面能迭加后的表面勢(shì)能也越大，及煤層氣吸附一解吸、擴(kuò)散和滲流的基礎(chǔ)1-)。煤對(duì)氣體吸附能力也就越大。因此氣體分子在多孔介的孔隙結(jié)構(gòu)不同,對(duì)煤層氣的吸附效果不同。煤體質(zhì)運(yùn)移過程中,優(yōu)先吸附于微孔,其后隨著流體壓力強(qiáng)烈的構(gòu)造變形使煤的孔隙結(jié)構(gòu)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(guī)律直接影響著煤層氣的儲(chǔ)集能力驗(yàn)所測(cè)的孔容、孔比表面積數(shù)據(jù)如表3和表4所示。和產(chǎn)氣量。為了研究構(gòu)造煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征,在河表3孔容實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)孔容/(mL.g-孔容比/%樣品號(hào)煤樣類型V_VV/V 2/VV,/VV/Vpdsl 號(hào)原生結(jié)構(gòu)煤 0.0098 0.0042 0.0115 0.0102 0.0357 27.45 11. 7632.2128. 57pds2號(hào)碎裂煤0.00620.022 0.0106 0.009 90. 028 921. 4536.6834. 26pd3號(hào)0.0087 0.0041 0.0074 0.0068 0.027. 32. 2215. 1927.4125. 19pds4號(hào)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(yàn)數(shù)據(jù)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(hào)原生結(jié)構(gòu)煤 0.0080.049 2. 1445. 5247. 7250.100.6327.7571.510.0050.0321.9785.4287.4430.4326.5872. 93pds3號(hào)0.0090.0491.3523.6575.0670.1826.68 .72. 17_pds4號(hào)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(hào)煤樣孔來說,吸附孔發(fā)育,吸附性強(qiáng),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(hào)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(hào)煤樣孔容主孔容比最小為11. 76%。pds2 號(hào)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(guó)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(jié)構(gòu)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(jù)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(jì)內(nèi)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)入孔板到流過孔板壓力呈現(xiàn)下降趨勢(shì),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圍的瓦斯速度大得多。速度逐漸增加，且在流入孔板瞬間上升到最大值,流過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(nèi)呈現(xiàn)的壓力和速度的變化特性與規(guī)律為孔板流量計(jì)的研究開發(fā)與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù),同時(shí),計(jì)算流體力學(xué)軟件的應(yīng)用也為以后的流體測(cè)量領(lǐng)域提供了方向。參考文獻(xiàn):圖5壓力 等值線云圖[1] 張靜.差壓式流量測(cè)量的新途徑[J].石油化工自動(dòng)化,2004,12(5):87 -89.王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.翟建華.計(jì)算流體力學(xué)( CFD)的通用軟件[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005 ,26(2):160- 165.[4] 張濤,賈云飛,吳蕾.基于FLUENT數(shù)值仿真下的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的研究與優(yōu)化[J].化工自動(dòng)化及儀圖6速度等值線 云圖表,2005 ,32(6) :62 -64.3結(jié).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(bào),2002 ,24(2) :137 - 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