煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

实验室研究了山西阳泉无烟煤在30℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于2.25MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16h后距离2m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由97.29%减小到79.66%,氮气浓度由0.80%增加到13.19%,煤层瓦斯含量由9.77cm3/g减少到8.68cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。

煤层注N_2促排瓦斯时效性实验研究

为了研究煤层注弱吸附性气体强化瓦斯排放的过程和效果,利用自行搭建的煤层注气驱替实验装置,进行了注N_2驱替CH_4实验.实验结果表明:注N_2驱替煤层CH_4具有时效特性,排出CH_4体积分数逐渐衰减,流量先升后降.注气压力对驱替CH_4效果显著,注气压力越高,驱出CH_4体积分数衰减越快,驱出气体流量越大,增流效应越明显;相同时间内,注气压力越高,累计驱出CH_4体积越大,促排效果越明显.结合实验过程中二元气体物理状态变化规律,认为注N_2促排煤层CH_4机理有:气体的置换作用、气流的携载作用和气流的稀释扩散作用等.

注二氧化碳促排煤层瓦斯机制转化过程实验研究

为了厘清注CO2促排煤层瓦斯机制及主导作用,采集了豫西荥巩煤田二煤层构造软煤煤样,利用大尺度煤层注气促排瓦斯模拟实验平台,进行了注CO2促排瓦斯实验.实验结果表明:注CO2促排煤层瓦斯是一个动态演化过程,结合国内外专家对煤层注气驱替瓦斯机理的认识,给出了置换效应和驱替效应定义.以出气口CH 4体积分数的变化规律,将注气过程分为3个阶段对煤层注CO2驱替瓦斯机制转化过程进行了研究.在CO2突破腔体以前,主要表现为置换效应,注入CO2的置换效应占主导地位;CO2突破腔体之后,注入的CO2一部分与CH 4发生置换吸附,另一部分与CH 4流出腔体,此时置换和驱替效应共存.针对整个实验过程,CO2置换效应表现得更为明显,起主导作用.

注氮促排煤体瓦斯数值模拟研究

为探究二元气体(瓦斯/氮气)压力和吸附解吸效应对煤体注氮促排瓦斯的影响,建立包括煤体变形方程、孔隙率/渗透率动态耦合方程及二元气体运移控制方程的注氮促排瓦斯多场耦合模型;通过Comsol软件模拟是否考虑二元气体压力、吸附解吸效应条件下的煤体变形、渗透率、促排瓦斯效果。结果表明:不考虑二元气体压力和吸附解吸效应时,煤体轴向变形量最大,渗透率最低;仅考虑单一因素时,煤体轴向变形量减小,渗透率升高,且二元气体压力抑制煤体变形能力强于吸附解吸效应;同时考虑2因素时,抑制煤体变形能力、增渗作用进一步提升。注氮时间相同时,注气端瓦斯压降幅度明显大于排气端瓦斯压降幅度,促排瓦斯效果随着距注气端距离的增大逐渐削弱。