七星矿煤体的微观孔隙结构特征

作者:吴强;于洋;高霞;张强; 刊名:黑龙江科技大学学报 上传者:刘亚明

【摘要】为有效控制瓦斯固化防突技术中水合物的饱和度,利用美国康塔Pore Master 33型压汞仪,对七星矿不同粒径型煤、原煤开展压汞实验,测定孔容、孔径分布。基于压汞实验总孔容值,获得不同粒径下制备型煤所需的初始含水量。结果表明,型煤与原煤进汞曲线均为Γ形,退汞曲线近似为直线。相同粒径型煤孔容差别较小,不同原煤试样孔容差别较大。不同粒径型煤孔隙中,大孔、中孔最为发育,有利于瓦斯水合物在煤体中生成。原煤孔径分布较分散,0.180~0.250 mm粒径煤体的总孔容均值最大,离散程度较小,可作为含瓦斯水合物煤体三轴实验所使用粒径。该研究为煤体中瓦斯水合物的生成及其饱和度控制提供了理论依据。

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0引言我国煤炭资源赋存条件复杂,随着煤矿开采深度的增加和开采强度的提高,煤与瓦斯突出问题更为严重[1]。利用瓦斯水合物技术预防煤与瓦斯突出的过程中,测定煤体孔隙结构特征是控制水合物饱和度的前提[2]。压汞实验[3-4]、气体吸附实验[5]和扫描电镜分析[6]是研究微观孔隙结构的三种主要手段。目前,测定煤孔隙结构最基本有效的方法是压汞法。学者们利用压汞法对煤体微观孔隙结构进行了研究。薛光武等[7]研究了韩城地区构造煤孔隙特征,结果表明不同煤体结构的煤孔隙中吸附孔(微孔)均占据主导地位,孔径介于1~100 nm的孔占71.436%~88.152%。陈贞龙等[8]对黔西滇东地区煤样开展了压汞实验,发现研究区煤储层孔隙系统以微、小孔为主,其中又以微孔发育占优势,大孔和中孔相对不发育。赵兴龙等[9]研究了煤变质作用对煤储层孔隙系统影响,结果表明,煤孔隙度随煤级的增高呈现高—低—高的变化规律。曹涛涛等[10]采用Autopore 9510孔隙仪测试煤和页岩孔隙,获得了两种类型的进退汞曲线,分析认为进退汞曲线形态的不同与样品连通度有关。笔者以黑龙江省双鸭山七星矿煤样为研究对象,利用美国康塔Pore Master 33型压汞仪,开展型煤及原煤压汞实验,获得不同煤样的孔隙特征,并据此确定煤样制备时所需的初始含水量,以期为水合物饱和度控制提供理论依据及数据参考。1实验1.1试样煤样采自黑龙江省双鸭山七星矿,制样过程如下:将采集得到的煤样放入破碎机破碎成一定粒径的煤粒,将煤粒放入筛分器中按粒径筛分。取一定量的煤粒(0.425~0.850、0.180~0.250、<0.180 mm)与定量水混合,然后装入模具内,放置于压力机上,施加97 k N的力,保持30 min后取出。所得型煤试样直径为50 mm,高度为100 mm,烘干24 h后,备用。试样基本特征见表1,其中,X代表型煤,Y代表原煤,A代表粒径0.425~0.850 mm,B代表粒径0.180~0.250 mm,C代表粒径<0.180 mm。表1试样基本特征Table 1 Basic characteristics of sample试样d/mm m/g V/cm3Y1 0.419 0.464Y2 0.386 0.696Y3 0.505 0.641XA1 0.430 0.336XA2 0.425~0.850 0.293 0.332XA3 0.153 0.125XB1 0.254 0.215XB2 0.180~0.250 0.238 0.146XB3 0.286 0.248XC1 0.312 0.264XC2<0.180 0.244 0.191XC3 0.127 0.0891.2装置与方法实验采用美国康塔公司生产的Pore Master 33型压汞仪进行试样孔隙特征测试。该设备有一个高压站,两个低压站,高压范围为0.14~227.53 MPa,低压范围为0~0.34 MPa,进汞压力范围为0~227.53 MPa,孔径测量范围为0.007~1 000μm。实验中汞的表面张力取0.480 N/m,汞与煤接触角取140°[11]。压汞实验分为低压和高压注汞两部分,分别在低压和高压仓中进行。首先将试样放置于电子秤上称重,之后放入膨胀计,再将装有试样的膨胀计放入低压站,抽真空后进行低压注汞。待低压注汞结束后取出,再次称量已有汞的膨胀计,计算试样密度、体积,再将膨胀计套上螺纹衬套,然后装入高压仓。确认高压仓密封完好后,进行高压注汞。高压注汞结束后,将膨胀计取出,废汞倒入专门的废液箱,收集实验数据并记录分析。为了消除试样个体

参考文献

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