一面四巷瓦斯抽采对采空区遗煤自燃影响数值模拟研究

为研究高瓦斯易自燃煤层不同瓦斯治理条件下采空区自燃“三带”及温度场分布变化规律,结合某高瓦斯易自燃工作面的实际条件,构建了“一面四巷”采空区自然发火物理模型,将程序升温试验得到的煤样氧化耗氧参数和放热参数应用到数值模拟中,分别研究了不同供风量、低抽流量及高抽流量对采空区自燃“三带”及温度场分布的影响,定量分析了氧化带最大宽度、氧化带面积和采空区最高温度点等参数随供风量、低抽流量及高抽流量的变化规律。结果表明:在模拟测试范围内,提高供风量、低抽流量及高抽流量均会造成采空区漏风量增多,不利于采空区遗煤自燃防治;最高温度点变化不明显(仅在1 K范围内变化),高抽流量变化对采空区氧化带宽度和面积及最高温度的影响大于供风量和低抽流量;氧化带最大宽度随供风量增大而增加,采空区最高温度和氧化带面积随供风量增加而减小,供风量从1600 m^(3)/min增加到1900 m^(3)/min时,氧化带最大宽度增加了2 m(74~76 m),最高温度降低了0.1 K(315.38~315.28 K),氧化带面积减小了180.08 m^(2)(8669.49~8489.41 m^(2));氧化带最大宽度随低抽流量增大而增加,采空区最高温度和氧化带面积均随抽采流量增大而增加,低抽流量从200 m^(3)/min增加到300 m^(3)/min时,氧化带最大宽度增加了2 m(75~77 m),最高温度升高了0.152 K(315.340~315.492 K),氧化带面积扩大了51.56 m^(2)(8553.79~8605.35 m^(2))。高抽流量从80 m^(3)/min增加到240 m^(3)/min时,氧化带最大宽度保持在75 m,最高温度升高了0.76 K(315.13~315.89 K)。

液态CO_(2)冻融含水煤体孔隙结构演化特性试验研究

为了研究不同饱水度煤体在液态CO_(2)冻融作用下孔隙裂隙的演化特性,利用自主研发的液态CO_(2)冻融试验系统预处理煤样,采用核磁共振仪(NMR)探究液态CO_(2)冻融前后煤样的t_(2)谱分布、孔隙体积、孔隙度及t_(2)截止值演化特性。结果表明:液态CO_(2)冻融作用能促进煤样内部孔隙结构发育,使煤样中微小孔、中孔和大孔数量均增多;煤样饱水度对液态CO_(2)冻融煤致裂效果影响显著,随煤样饱水度增大,煤样总孔隙体积增大幅度呈直线增长趋势,煤样总孔隙度及有效孔隙度增长幅度呈直线形增长,而残余孔隙度增长幅度呈直线形下降,且完全饱水煤样总孔隙体积、总孔隙度和有效孔隙度分别是干燥煤样的2.48倍、2.49倍和2.56倍,t_(2)截止值从0.38 ms逐渐减小至0.30 ms,煤体内流体流动的自由空间增大,即有效孔隙体积逐渐增大,液态CO_(2)冻融有利于提高煤体的渗透性。

多因素对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响试验研究

为研究多因素耦合对液态CO_(2)冻融致裂煤体的影响,采用自主研发的液态CO_(2)冻融致裂试验装置,利用核磁共振测试技术,测定不同影响因素下液态CO_(2)冻融致裂后煤体的孔隙度,分别研究液态CO_(2)冻结时间(t)、冻融循环次数(n)和煤体含水饱和度(W)对煤体孔隙度(φ)的影响;采用响应曲面法设计试验,构建φ与t、n和W的二次回归响应曲面模型,分析t、n和W单独及耦合作用时对φ的敏感程度及影响特征,并预测优化与验证不同影响因素下的φ。结果表明:随着t的延长和n的增多,φ呈指数函数关系变化,随W的增大,φ呈线性关系增加;影响因素t、n和W均为φ的极显著项(显著性判别值P<0.01),对φ影响的主次关系为:n>W>t。交互项nt交互作用极显著,nW交互作用次之,Wt交互作用不显著,对φ影响的主次关系为:nt>nW>Wt。模型预测当t、n和W分别为57 min、19次、96%时,φ达到最大值(9.47%),4组试验值与模型预测值平均误差为2.98%,所测φ平均值为9.58%,φ较优化之前(8.94%)提高了7.16%。

煤层注热CO_(2)驱替CH_(4)特性实验研究

为研究注CO_(2)增产煤层气过程中注气温度对煤层渗透特性变化的影响,利用自主研发的CO_(2)置换驱替CH_(4)实验系统,在注气温度为40,50,60℃条件下进行CO_(2)置换驱替CH_(4)实验,定量分析置换驱替过程中出口气体流量、孔隙压力以及煤层渗透率等变化规律。研究结果表明:在实验测试的40~60℃范围内,提高CO_(2)注入温度有助于产出更多的CH_(4)及封存CO_(2),CO_(2)注入温度越高,出口混合气体流量和CH_(4)气体流量越大,呈现出先升高后降低并趋于稳定的变化趋势,实验结束时置换体积比分别为2.704,2.741和2.595,注气温度为60℃时驱替效果较好,每产出单位体积的CH_(4)注入的CO_(2)量最少;煤层孔隙压力随注气时间呈现先逐渐上升后趋于平稳的变化趋势,逐渐趋近注气压力0.8 MPa;注CO_(2)置换驱替CH_(4)及提高CO_(2)注入温度会降低煤层的渗透性,注气温度恒定时,渗透率随注气时间增加呈现先逐渐降低后趋于平稳的变化规律,注气温度由40℃升至60℃时,渗透率从0.0171×10^(-15)m^(2)下降至0.0098×10^(-15)m^(2),降低幅度为34.50%~42.69%。