水力化措施中的水鎖效應(yīng)及其解除方法實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著煤礦開采強(qiáng)度的加大,瓦斯災(zāi)害事故日益凸顯,其約占煤礦事故總量的80％~90%。水力化措施是瓦斯治理的有效方法,然而外來水的侵入易造成水鎖效應(yīng),水鎖效應(yīng)是抑制瓦斯抽采的不良因素,如何快速、有效地解除水鎖效應(yīng)已成為實(shí)現(xiàn)煤礦提高瓦斯抽采中亟待解決的重大問題之一。
　　針對(duì)瓦斯抽采中的水鎖效應(yīng)這一科學(xué)問題,本文利用實(shí)驗(yàn)方法從表面活性劑性能實(shí)驗(yàn)研究、飽和溶液狀態(tài)下煤樣液相滯留效應(yīng)的核磁共振研究、基于離心分離和煤水相自吸的水鎖解除評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

2、等方面探討利用表面活性劑解除水鎖效應(yīng)的可行性,提出利用煤層注水中添加表面活性劑來解除水鎖效應(yīng),取得如下主要研究成果:
　　首先,分析了水鎖效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。毛細(xì)管自吸作用和液相滯留效應(yīng)是導(dǎo)致水鎖傷害的主要原因;煤層物理性質(zhì)(主要包括孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率、原始含水飽和度等)、流體界面張力、毛細(xì)管力、水侵入深度等是影響煤層水鎖效應(yīng)的重要因素;利用表面活性劑降低毛細(xì)管力,并確立了篩選標(biāo)準(zhǔn):使溶液表面張力降低,使溶液在煤表面形成的接觸角增大或者

3、不減小,使煤孔隙不會(huì)產(chǎn)生閉合、收縮現(xiàn)象,使液相滯留效應(yīng)降低或不增強(qiáng)。
　　其次,評(píng)價(jià)了表面活性劑的性能。表面活性劑達(dá)到臨界膠束濃度時(shí),其對(duì)應(yīng)的濃度很小,降低溶液表面張力的效能不同;高分子CMC溶液在煤表面形成的接觸角比水的大,陰離子、陽離子、非離子、兩性離子表面活性劑溶液在煤表面形成的接觸角比水的小;經(jīng)過飽和水處理后,煤樣的微孔孔容減少,小孔孔容、中孔孔容、大孔孔容、總孔容、平均孔徑皆增大;高分子CMC溶液可以顯著降低毛細(xì)管力,在

4、較高變質(zhì)程度煤中使用可以將毛細(xì)管力變成瓦斯抽采的動(dòng)力。
　　再次,利用核磁共振方法研究了煤樣的液相滯留效應(yīng)。煤樣在飽和水狀態(tài)下所測(cè)的束縛流體飽和度比飽和高分子CMC溶液狀態(tài)下高;同等條件下,煤樣在飽和高分子CMC條件下,滯留在煤體中的水要少,液相滯留效應(yīng)微弱,水鎖效應(yīng)得到有效緩解;大孔孔容與束縛流體飽和度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,兩者之間的關(guān)聯(lián)模型為:Sl=-1827.11Vm+97.62。
　　最后,利用離心分離和煤水相自吸實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了