水力化措施中的水鎖效應及其解除方法實驗研究.pdf

1、隨著煤礦開采強度的加大,瓦斯災害事故日益凸顯,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,水鎖效應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已成為實現(xiàn)煤礦提高瓦斯抽采中亟待解決的重大問題之一。
　　針對瓦斯抽采中的水鎖效應這一科學問題,本文利用實驗方法從表面活性劑性能實驗研究、飽和溶液狀態(tài)下煤樣液相滯留效應的核磁共振研究、基于離心分離和煤水相自吸的水鎖解除評價實驗

2、等方面探討利用表面活性劑解除水鎖效應的可行性,提出利用煤層注水中添加表面活性劑來解除水鎖效應,取得如下主要研究成果:
　　首先,分析了水鎖效應的產(chǎn)生機理。毛細管自吸作用和液相滯留效應是導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、毛細管力、水侵入深度等是影響煤層水鎖效應的重要因素;利用表面活性劑降低毛細管力,并確立了篩選標準: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,使煤孔隙不會產(chǎn)生閉合、收縮現(xiàn)象,使液相滯留效應降低或不增強。
　　其次,評價了表面活性劑的性能。表面活性劑達到臨界膠束濃度時,其對應的濃度很小,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管力,在

4、較高變質(zhì)程度煤中使用可以將毛細管力變成瓦斯抽采的動力。
　　再次,利用核磁共振方法研究了煤樣的液相滯留效應。煤樣在飽和水狀態(tài)下所測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,液相滯留效應微弱,水鎖效應得到有效緩解;大孔孔容與束縛流體飽和度呈負相關(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驗評價了