摘要
峰峰矿区煤层开采深度大，不同宏观煤岩类型由于组成、结构和物性差异导致其解吸扩散特性等存在显著差别，对煤层气抽采产生了重要影响。通过搭建甲烷扩散模拟实验装置，结合粒径分布、工业分析、显微组分定量、孔隙结构测试等手段，分析了不同宏观煤岩类型孔隙结构，研究了不同宏观煤岩类型甲烷解吸扩散特性，结合探讨了粒径（煤破碎程度）、煤岩类型、温度、孔隙结构等因素对甲烷解吸扩散的影响。主要取得了以下认识： 首先揭示了峰峰矿区大社矿不同宏观煤岩类型粒径分布、煤岩与煤质的粒径选择性以及孔隙结构特征。不同宏观煤岩类型镜质组含量和固定碳含量由光亮煤、半亮煤、半暗煤、暗淡煤依次降低，惰质组含量、灰分产率和挥发分产率依次升高，壳质组含量均较少。液氮吸附实验表明光亮煤、半亮煤和半暗煤孔隙以狭缝孔和平行板型为主，孔隙主要为墨水瓶孔。随着粒径减小，半亮煤的液氮吸附累积孔容增加倍数最大，暗淡煤、光亮煤、半暗煤依次降低。破碎作用对半亮煤和半暗煤的封闭微孔改造较为明显，占封闭总孔容的56.86%和63.35%；半亮煤为全孔段孔容增加，封闭微孔和封闭小孔占比相差不大，分别为36.06%和23.77%；暗淡煤的封闭小孔孔容增加较为明显，占封闭总孔容的52.88%。 其次利用搭建的甲烷扩散模拟平台，阐释了不同粒径、温度、宏观煤岩类型下甲烷解吸扩散规律。随着温度的增加，甲烷吸附量逐渐增加，甲烷吸附量随着粒径变化趋势并不大。光亮煤的解吸速率随着温度升高和粒径减小加快，其余宏观煤岩类型解吸速率随粒径变化并不明显。依据高温高压甲烷扩散模型获得了甲烷扩散系数，并结合粒径测试计算了有效扩散系数：初始扩散系数随着粒径的增加而增加，由光亮煤至暗淡煤甲烷扩散系数逐渐减小；光亮煤的初始有效扩散系数随着粒径的减小先降低后显著增加，半亮煤呈波动型增加。半暗煤先降低然后稳步上升，暗淡煤的初始有效扩散系数随着温度及粒径的变化影响不大。 最后对不同宏观煤岩类型对甲烷解吸能力影响因素进行研究，探讨了宏观煤岩类型甲烷扩散影响因素与作用模式。光亮煤的小孔孔容与有效扩散系数的相关性最高，依次为半亮煤、半暗煤、暗淡煤。表明其甲烷解吸扩散特性主要受到小孔孔容控制，而暗淡煤的解吸扩散主要受微孔孔容控制。孔容与甲烷有效扩散系数的相关性随温度的增加而增加，随时间的延长而减小。不同粒径封闭孔的孔容增加不一定完全导致初始有效扩散系数的增加，还与不同宏观煤岩类型在不同破碎阶段的显微组分分选和工业组分富集等因素有关，温度增加可以促使有效扩散系数增量的增加。
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