平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

试验研究总第166期doi;10. 3969/j. isn. 1005 - 2798. 2013. 06.004平煤十二矿构造煤煤层气特征研究杨晓娜' ,宋志敏2,张子戌“(1.河南工程学院,河南郑州451191;2. 河南理工大学,河南焦作454000)摘要:文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附--解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附一解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附-解吸可逆。 研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。关键词:构造煤;煤层气;孔隙结构;吸附一解吸;煤体结构中图分类号:TD713文献标识码:A文章编号:1005- 2798 (2013 )06- 0012-03The Coal Bed Methane Characteristics on Tectonic Coalin No. 12 Coal Mine of PingdingshanYANG Xiao -na' , SONG Zhi -min' , 2, ZHANG Zi -xu2(1. Henan Instiute of Engineering, Zhengzhou 451191, China ;2. Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000 , China)Abstract: In order to study the coal bed methane characteristics on tectonic coal from the pore structure characteristics of tectonic coaland the elect on coal-bed methane adsorption- desorption. This paper carried out mercury intrusion experiments and isothermal adsorp-tion- desorption experiments according to the coal samples of 12 Coal Mine of Pingdingshan. The result show that :①many holes andmicroporous mainly on tectonic coal , in favor of coal -bed methane adsorption ;②coal body structure damage more serious , weak the coal-bed gas adsorption ;③coal bed methane adsorption. desorption reversibility under normal atmospheric temperature. Research resultsshow that the characteristics of tectonic coal is conducive to the development of coal -bed gas in NO. 12 Coal Mine of pingdingshan .Keywords:tectonic coal; coal bed methane; pore structure; adsorption- desorption; coal structure构造煤是原生结构煤在构造应力作用下，煤体:上成层分 布,剖面上明显呈三层结构,厚度在0.5~的原生结构、构造发生不同程度破坏的一类煤-31。1.2m之间变化,局部地段受斜切断层的影响,己组煤体的破坏程度不同,煤储层物性不同4。因此, 研煤层中均可见到顺层滑动的镜面,使原生结构煤和究构造煤有利于对煤层结构和煤储层物性变化的认构造煤分界清晰,在滑动面下常发育碎粒煤和糜棱识,从而为解决煤矿安全生产、煤层气的开发利用以煤,滑动面上发育原生结构煤或原生结构煤和碎裂及减少矿井有害气体的排放提供预见性的资料。煤[5-6]。1矿井概况2实验部分十二矿位于平顶山矿区东郊,井田走向长5 km，2.1 样品采集倾斜长3 km,井田面积15 km2 ,矿井开采上限标高本次实验所采用煤样为平煤十二矿的己组肥为-75m,下限标高为一835m,年生产能力煤。根据研究区煤层结构特征,在回采工作面新鲜150万t。该井田位于大型向斜李口集向斜西南翼，煤面相邻或相近位 置采取可对比的原生结构煤、碎锅底山断层的上升盘,地层走向北西西,总体倾向北裂煤、碎粒煤和糜棱煤4种煤样,煤体结构宏观类型北东,存在两个次级褶皱和三条大、中型断层。受褶观测结果和煤质分析结果分别见表1和表2。皱和断裂构造影响,井田内构造煤普遍发育,在横向中国煤化工收稿日期:2013-0306.JYHCNMHG作者简介:杨晓娜( 1980- ),女,河南郑州人，硕士,助教,从事煤田地质教学工TF。12.2013年6月杨晓娜等:平煤十二矿构造煤煤层气特征研究第22卷第6期表1煤体结构宏观鉴定样品号煤样类型 光泽结构构造构造裂隙揉皱破碎程度Pdsl号原生结构煤 光亮原生结构原生条带明显,块体间无位移捏不动Pds2号碎裂煤半亮 碎裂结构 ,小片构造被多组互相交切的裂隙切割，呈现棱角状块体,可捻搓成cm、mm级碎粒。未见揉皱镜面。Pds3号碎粒煤半亮碎粒结构无法观察煤被揉搓捻碎,主要粒级在1 mm以上。Pds4号糜棱煤暗糜棱结构可搓成粉末表2煤样的煤质分析南理工大学采用美国MICROMERITICS INSTRU-样品号Mg/%Ay/%Vvu/%M./%MENT公司AutoPoreIV9505型全制动压汞仪对煤Pdsl 号1.375.31 .28.492.57样进行压汞实验。Pds2 号.1.0713. 7020.852.391. 2014. 4620. 8S2. 01孔隙是煤中气体储存的主要场所,孔径大小及Pds4 号1.3131.53 .18.274.33分布均匀程度不仅对气体的运移、扩散方式具有重要影响,还对气体在孔隙中吸附的先后有一定的影2.2孔隙 结构特征响。其中,微孔对煤的吸附性影响最大。煤吸附气煤是一种复杂的多孔性固体,煤的孔隙结构是体过程中,在孔径大小允许气体分子通过的前提下，研究煤层气赋存状态、固一液-气三相介质作用以孔径越小，孔隙内表面能迭加后的表面势能也越大，及煤层气吸附一解吸、扩散和渗流的基础1-)。煤对气体吸附能力也就越大。因此气体分子在多孔介的孔隙结构不同,对煤层气的吸附效果不同。煤体质运移过程中,优先吸附于微孔,其后随着流体压力强烈的构造变形使煤的孔隙结构发生了很大变化，的增大,气体分子在较大孔隙中吸附。本次压汞实孔隙大小及分布规律直接影响着煤层气的储集能力验所测的孔容、孔比表面积数据如表3和表4所示。和产气量。为了研究构造煤的孔隙结构特征,在河表3孔容实验数据孔容/(mL.g-孔容比/%样品号煤样类型V_VV/V 2/VV,/VV/Vpdsl 号原生结构煤 0.0098 0.0042 0.0115 0.0102 0.0357 27.45 11. 7632.2128. 57pds2号碎裂煤0.00620.022 0.0106 0.009 90. 028 921. 4536.6834. 26pd3号0.0087 0.0041 0.0074 0.0068 0.027. 32. 2215. 1927.4125. 19pds4号0.015 40.0102 0.0110.009 ，0.045 633.7722.3724.1219.74注:V为大孔孔容(D> 1 000 nm) ;V2为中孔孔容(1 000 nm > D> 100 nm) ;Vs为小孔容(100 nm> D> 10 nm);Vs为微孔孔容(10 mm>D>5.5 nm) ,v为总孔容。表4孔比表面积实验数据孔比表面积/(m2.g-1孔比表面积比/%SS2S4S，_S;/S S2/S,S3/S S./S,pds1号原生结构煤 0.0080.049 2. 1445. 5247. 7250.100.6327.7571.510.0050.0321.9785.4287.4430.4326.5872. 93pds3号0.0090.0491.3523.6575.0670.1826.68 .72. 17_pds4号0. 0190.1251.872 .4. 8816. 8970.281.8127. 1470. 77注:S;为大孔比表面积(D>1 000 nm) ;Sr为中孔比表面积(1 000 nm > D> 100 nm) ;S,为小孔比表面积(100 m>D>10 nm);Ss为微孔比表面积( 10 mm> D>5.5 nm) ,S,为总比表面积。煤层瓦斯主要以吸附形式赋存于煤层中,-般加而大孔和中孔有不同程度下降。pds3 号煤样孔来说,吸附孔发育,吸附性强,通常将微孔和小孔合容主要集中分布于大孔和小孔,孔容比各占32. 22%称为吸附孔。.和27.41% ,中孔孔容比最小15.19%。碎粒煤孔容由表3可知,pds1号煤样孔容主要集中分布于与碎裂煤孔容相比,大孔和中孔有不同程度增加,而小孔和微孔,孔容比各占32. 21%和28. 57% ,中孔小孔和微孔有不同程度下降。pds4 号煤样孔容主孔容比最小为11. 76%。pds2 号煤样孔容主要集中要集中分布于大孔和小孔,孔容比各占33. 77%和分布于小孔和微孔，孔容比各占36. 68%和24. 12% ,微中国煤化工。糜棱煤孔容34. 26% ,中孔孔容比最小为7. 61%。碎裂煤孔容与碎粒煤孔CNMH(敏孔减小,大孔与原生结构煤孔容相比,小孔和微孔有不同程度增和小孔变化不大。根据表5中个同煤样孔容和孔容32013年6月魏士平:基于FLUENT的孔板流量计内部瓦斯流场的模拟研究第22卷第6期在壁面附近形成回旋,产生低压。瓦斯流经孔板之前明:流体从进入孔板到流过孔板压力呈现下降趋势,的速度较慢,流经孔板以后速度明显加快,而且位于且进人孔板瞬间压力下降最快;流体流人孔板之前管道轴心的瓦斯速度要比周围的瓦斯速度大得多。速度逐渐增加，且在流入孔板瞬间上升到最大值,流过孔板后速度有所下降,并逐渐向管壁递减。这种流体在孔板内呈现的压力和速度的变化特性与规律为孔板流量计的研究开发与优化设计提供了理论依据,同时,计算流体力学软件的应用也为以后的流体测量领域提供了方向。参考文献:图5压力 等值线云图[1] 张静.差压式流量测量的新途径[J].石油化工自动化,2004,12(5):87 -89.王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.翟建华.计算流体力学( CFD)的通用软件[J].河北科技大学学报,2005 ,26(2):160- 165.[4] 张涛,贾云飞,吴蕾.基于FLUENT数值仿真下的旋进旋涡流量计的研究与优化[J].化工自动化及仪图6速度等值线 云图表,2005 ,32(6) :62 -64.3结.语[5] 姚征,陈康民.CFD 通用软件综述[J]. 上海理工大学学报,2002 ,24(2) :137 - 144.文章基于计算流体力学理论,应用FLUENT软件对瓦斯在孔板中的流动特性进行了研究,结果表[责任编辑:王伟瑾]心心心.心“心>>(上接第14页)原生结构煤>碎裂煤>碎粒煤>糜 [8] 张红日.构造煤的孔腺特征-河北下花园矿I3及3棱煤。煤层分析[J].山东矿业学院学报:自然科学版，1999,18(1): 12-13.3)煤体破坏越严 重,灰分含量越高,影响煤层[9] 傅雪海,秦勇.多相介质煤层气储层渗透率预测理气吸附一解吸。4)在构造煤吸附一 解吸实验中,吸附一解吸论与方法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003:25 - 45.可逆,有利于煤层气的抽采。[10]魏建平 ,陈永超.构造煤瓦斯解吸规律研究[J].煤矿安全,2008(8):1 -3.[11]何志刚.温度对构造煤瓦斯解吸规律的影响研究[1] 郭德勇,韩德磬,张建国.平顶山矿区构造煤分布规律[D].焦作:河南理工大学,2010:1 -65.及成因研究[J].煤炭学报,2002 ,27 (3) :249 -253.[12]张遂安,叶建平.煤对甲烷气体吸附-解吸机理的可2] 邵强,王恩营.构造煤分布规律对煤与瓦斯突出的逆性实验研究[J].天然气工业,2005 ,25(1):44 -控制[J].煤炭学报,2010,5(2) :250 -254.3]屈争辉。 构造煤结构及其对瓦斯特性的控制机理研究[13] 于洪观， 范维唐,孙茂远,等.煤对超临界甲烷的吸附[J].煤炭学报,2011 ,36(3) :533 -536.与解吸特性研究[J].煤炭转化,2004,27(2): 37-[4] 姜波,琚宜文.构造煤结构及其储层物性特征[J].天40.然气工业2004,24(5):27 -29.[14]谢勇强.低阶煤煤层气吸附与解吸机理实验研究5] 胡菊,马君信.平顶山十二矿煤与瓦斯突出的地质[D].西安:西安科技大学,2006:34 -39.因素分析[J].焦作工学院学报, 1997 ,16(2):49 -56.[15]王鹏刚不同温度下煤层气吸附/解吸特征的实验研6]楚敏,蔡春曦.平煤十二矿瓦斯地质特征分析[J].究[D].西安:西安科技大学,2009:1 - 80.煤,2011 ,20(8):72 -73.[7] 郭晓波,张时音，陈玉华.内蒙古二道岭矿区煤储层孔隙结构特征[J].中国煤炭地质, 2003 ,15(6) :27 -29中国煤化工MYHCNMHG17