煤体吸附膨胀变形模型理论研究

为了深入探讨煤体吸附瓦斯发生膨胀变形效应的力学行为,基于煤-气吸附界面的表面自由能变化等于煤体弹性能的变化基本假设,从理论上推导了煤体吸附膨胀模型中吸附膨胀变形表达式和吸附膨胀应力表达式,模型中各参数的物理意义明确。通过已有的试验数据分别从低气体压、中气体压和高气体压3个角度对吸附变形模型的适用性和正确性进行了验证。模拟结果表明,模型预测数据与已有的试验数据吻合度较高,能够很好地描述不同气体在不同压力条件下的煤体吸附膨胀差异性,拟合精度均较高;在综合考虑吸附膨胀应力和气体压力对煤体吸附膨胀变形影响前提下,忽略吸附气体体积Va对煤体吸附膨胀变形的影响。     

煤吸附多组分气体的特征及模型研究

以煤吸附多组分气体实验为基础,探讨了长焰煤、焦煤和无烟煤分别吸附不同比例的CH4+N2和CH4+CO2二元混合气的吸附特征,并考察了3种多组分气体吸附模型的预测效果.所选模型包括Extended-Langmuir方程(扩展的Langmuir方程)、Ideal Adsorbed Solution理论(理想吸附溶液理论)和Numerical Analysis方法(数值分析方法),并且进一步讨论了多组分气体吸附过程中的组分分割情况.     

不同煤级煤对H2S气体的吸附差异及吸附模型

为了研究不同煤级煤对H₂S气体的吸附差异及吸附模型,采集新疆气煤,山西潞安瘦煤、晋城无烟煤3个煤样进行了工业分析、煤岩分析和平衡水条件下的等温吸附实验。采用Langmuir,BET,D-R和D-A吸附模型,利用拟合软件对等温吸附实验数据进行了非线性回归拟合,并检验拟合程度。结果表明：煤对H₂S的吸附量随着煤化程度的加深而增加,为第Ⅰ类等温吸附线;其中Langmuir模型的拟合效果最好,n=1的D-A模型的拟合效果次之,BET模型的拟合效果较差,模型对实验数据的拟合效果与吸附模型中参数个数无明显关系;煤吸附H₂S可用单分子层吸附理论来解释。     

CO2吸附对煤岩热弹性模型影响的理论解释

引入煤岩对气体的吸附势函数，并假定吸附势函数是引起多孔介质变形和应力的一个因素，给出了考虑CO2吸附的煤岩热弹性模型的一般形式，分析了CO2吸附对煤岩热弹性模型的影响。结果表明，在弹性范围内，吸附势函数是通过改变热传导方程和热传导的热力学限制条件来间接影响介质的应力和变形的。而对应力一应变之间的关系表达式的形式没有影响。一旦给出自由能函数和吸附势函数的形式，就可以确定考虑气体吸附条件下介质的热弹性本构模型。     

膨胀石墨对机油吸附性能的实验研究

探讨了不同温度下膨胀石墨对纯机油的饱和吸附，采用静态吸附和动态过滤方法研究了膨胀石墨对水面漂浮机油的吸附效果。结果表明，饱和吸附量与其膨胀容积和温度有关，最大可达80．7g／g；在小于饱和吸附量的情况下，静态吸附后水中残留油含量与初始油浓度和膨胀容积有关，一般在50mg／L以下，经一次动态过滤，滤液中残留油含量已低于检测限，多次过滤冲洗亦未使已吸附机油脱附。膨胀石墨对机油具有超大饱和吸附量，静态和动态方法都可有效清除水面漂浮机油。     

CO2注入对煤储层应力应变与渗透率影响的实验研究

以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO₂注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO₂吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO₂吸附的影响,初始状态下、亚临界CO₂吸附和超临界CO₂吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面：CO₂和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO₂软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO₂吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO₂在煤储层中的可注性。     

CO2驱煤层气中煤层膨胀对套管稳定性的影响

随着中国经济的快速发展,能源供需矛盾日益突出,由于过度依赖化石能源,大量排放CO2,致使面临的环境压力越来越大。CO2驱煤层气(CO2 enhanced coal-bed methane)技术可同时增产煤层气和大规模减排CO2,在我国具有良好应用前景,但应用该技术在注采生产过程中因煤层吸附CO2产生的膨胀效应对套管稳定性的影响尚未引起重视。通过建立考虑CO2煤岩吸附膨胀效应的套管-充填材料-煤岩平面应变模型计算的套管应力和变形理论解与ABAQUS数值模拟结果具有良好的一致性,并分析了CO2吸附膨胀条件下套管应力的影响因素。分析结果表明,膨胀对套管应力和变形具有显著影响。在给定CO2吸附浓度和套管内径条件下,套管和充填材料的壁厚、充填材料和煤岩的力学参数是影响套管应力的主要因素,可通过增加套管或（和）充填材料壁厚以及改变充填材料力学参数来降低套管应力。开发超低弹模和较大泊松比的充填材料是降低套管应力的有效途径。     

深部煤层CO2注入过程中煤体积参数变化的模拟实验

CO₂注入煤层会改造储层孔裂隙结构,对提高CO₂埋藏和强化甲烷抽采能力产生重要影响。为探究CO₂注入后的煤体结构演化规律,选择山西沁水盆地寺河矿无烟煤和新源矿焦煤样品进行模拟实验,通过测试并分析CO₂注入前后煤体积参数的变化,得到以下结论：CO₂的注入可以溶蚀煤中矿物,增加连通孔隙体积并引起有机质的膨胀;矿物溶蚀对孔隙体积变化的贡献不显著,却导致大量封闭孔转换为连通孔,其中大于40μm的大孔孔隙体积增幅最大;有机质的膨胀量较大,其对孔隙的挤压作用可能会降低煤体的连通性;CO₂注入对煤体结构的改造作用受煤级和模拟埋深条件的共同影响。     

我国不同时代不同煤级煤的吸附特征

通过对采自不同地区,各种煤级近500个煤样平衡水分条件下的等温吸附实验数据的统计分析,研究了我国主要成煤时代、煤级和平衡水分煤的吸附特征,以及其Langmuir体积和Langmuir压力的变化规律,分析了Langmuir常数与煤岩显微组分、矿物质含量、孔隙度的关系,探讨了煤的吸附机理及各因素对煤吸附能力影响的内在原因.     

气体吸附诱发煤强度劣化的力学模型与数值分析

在吸附性气体作用下,煤体将产生吸附应变,吸附应变通过使煤微观结构重新排列从而诱发煤损伤,并使其力学性质劣化。尽管大量试验证实了吸附性气体将会改变煤的力学特性,然而当前描述煤-气相互作用的力学模型并未将吸附诱发的损伤考虑其中,故也无法考虑气体吸附诱发煤强度劣化。基于此,建立一个考虑气体吸附损伤的双重孔隙介质力学模型,揭示气体吸附过程诱发的两个相互作用：一个是游离气体引起的常规弹性力学作用,一个是吸附气体诱发的内部膨胀应力,并在此基础上考虑两个力学作用所带来了煤的附加损伤。研究结果表明：气体吸附诱发煤基质产生细观损伤,以拉伸损伤为主,这使煤的力学性质劣化,表现为弹性模量和强度的降低。吸附能力越强的气体,诱发煤的微观结构改变越大,损伤越明显,甚至会诱发煤样呈现新的破坏形态。超临界CO2会诱发煤更大的损伤和强度劣化。     

微藻应用于煤炭烟气减排的研究进展

长久以来,我国因煤炭燃烧产生的大量CO2、SO2、NOx、烟尘等对生态环境造成了严重危害,煤炭烟气的减排也愈来愈受到重视,利用微藻进行烟气减排正逐渐成为研究热点。主要介绍了微藻固碳和减排生理机制等相关理论基础,阐述了微藻藻种筛选驯化、光生物反应器等减排关键技术研究进展,阐述了国内外微藻煤炭烟气减排应用现状,探讨了微藻烟...     

平顶山矿区影响煤层气含气量的地质因素研究

通过对研究区煤层气含气量的研究,揭示了影响研究区煤层气含气量的地质因素。沉积因素对煤层气有重要影响：煤层厚度与含气量之间的正相关关系;构造因素对含气量具有控制作用;水文地质因素有利于煤层气的保存。     

江苏煤层气资源分析

简要地归纳了江苏省煤层气的成矿地质环境，分析了成煤区地质构造特征、煤层及围岩储层的物性特征，在此基础上，对主要地区煤层气资源进行了估算。     

鲍店煤矿瓦斯涌出规律分析

利用构造学、沉积学、数学模型分析等方法,简要分析了鲍店煤矿基本地质条件及影响瓦斯赋存的不同因素,论述了研究区影响瓦斯的主要地质因素,包括地质构造、煤层顶板岩性和上覆基岩厚度。总结了鲍店煤矿瓦斯涌出规侓,认为该井田瓦斯涌出量东北部偏高,西南部较低。     

江苏南部地区煤层气资源

根据江苏南部地区二叠系龙潭组煤系的分布和规模、煤矿瓦斯涌出特征、煤的产气能力、煤层的储集条件等煤层气地质条件综合研究工作，认为该区煤层气资源存在一定的勘探开发前景，对各典型含煤区块煤层气综合评价出有远景区（A类）、较有远景区（B类）和远景差区（C类）。     

谈谈煤岩学的应用领域与发展前景

煤岩学随着煤炭工业的发展而发展起来,并被应用于许多科学技术领域。重点评述了煤岩学的应用,并对其发展前景做了初步展望。     

济宁二井田断层发育规律研究

依据井田构造特征和揭露的断层形迹，分析了井田构造体系及其演化，指出了井田主期形变为中新华夏系和北北西系，总结了断层的发育规律及断层与褶皱的关系。研究结果应用于生产实践中，效果很好。     

淮北煤田上石盒子组层序特征及煤层气评价

淮北煤田煤层气勘探与开发工作尚处于起步阶段。应用层序地层学原理,评价煤田的生、储、盖组合条件,对于指导煤层气的勘探与开发具有实际意义。本文在原来常规的沉积相分析基础上,利用钻孔测井资料,重点对3号煤段的层序地层格架进行了研究,指出K3砂岩为好的储气层,具有煤层气开发前景。     

Swelling-induced volumetric strains internal to a stressed coal associated with CO2 sorption

It is generally accepted that typical coalbed gases (methane and carbon dioxide) are sorbed (both adsorbed and absorbed) in the coal matrix causing it to swell and resulting in local stress and strain variations in a coalbed confined under overburden pressure. The swelling, interactions of gases within the coal matrix and the resultant changes in the permeability, sorption, gas flow mechanics in the reservoir, and stress state of the coal can impact a number of reservoir-related factors. These include effective production of coalbed methane, degasification of future mining areas by drilling horizontal and vertical degasification wells, injection of CO₂ as an enhanced coalbed methane recovery technique, and concurrent CO₂ sequestration. Such information can also provide an understanding of the mechanisms behind gas outbursts in underground coal mines.The spatio-temporal volumetric strains in a consolidated Pittsburgh seam coal sample were evaluated while both confining pressure and carbon dioxide (CO₂) pore pressure were increased to keep a constant positive effective stress on the sample. The changes internal to the sample were evaluated by maps of density and atomic number determined by dual-energy X-ray computed tomography (X-ray CT). Early-time images, as soon as CO₂ was introduced, were also used to calculate the macroporosity in the coal sample. Scanning electron microscopy (SEM) and photographic images of the polished section of the coal sample at X-ray CT image location were used to identify the microlithotypes and microstructures.The CO₂ sorption-associated swelling and volumetric strains in consolidated coal under constant effective stress are heterogeneous processes depending on the lithotypes present. In the time scale of the experiment, vitrite showed the highest degree of swelling due to dissolution of CO₂, while the clay (kaolinite) and inertite region was compressed in response. The volumetric strains associated with swelling and compression were between ± 15% depending on the location. Although the effective stress on the sample was constant, it varied within the sample as a result of the internal stresses created by gas sorption-related structural changes. SEM images and porosity calculations revealed that the kaolinite and inertite bearing layer was highly porous, which enabled the fastest CO₂ uptake and the highest degree of compression.     

膨胀土试验中有荷膨胀率取值的初探

初步提出了在进行膨胀试验时，有关有荷膨胀率试验参数的取值，以及特殊情况下膨胀率和某些参数的计算方法，从而反映膨胀土的特性，使设计人员有效的分析膨胀土地基变形。