贵州地区突出煤层微孔结构及对瓦斯流动特性的影响

李希建^1,2,3，薛海腾^1,2,3，陈刘瑜⁴，沈仲辉⁵，徐明智^1,2,3，许石青¹

1. 贵州大学矿业学院2. 复杂地质矿山开采安全技术工程中心3. 贵州大学瓦斯灾害防治与煤层气开发研究所4. 中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司5. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

摘 要：煤层瓦斯流动规律与煤的孔隙结构密切相关。为揭示贵州地区突出煤层微观孔隙结构特征及对其瓦斯流动特性的影响,以贵州地区6个典型矿井突出煤层为研究对象,采用高压容量法测试了6个煤样的吸附能力。同时,根据高压压汞试验,利用分形方法获得煤样分形维数,并分析样品的微观孔隙结构分形特征及其与煤质参数的关系。在此基础上,探讨多尺度孔隙中瓦斯流动规律,分析吸附作用对瓦斯流动特性的影响。结果表明,贵州突出煤层以微孔为主,微孔为比表面积和孔隙体积的主要贡献者。同一煤样微孔分形维数D1、小孔分形维数D2和中孔分形维数D3依次增大,且分形特征明显。D1和综合分形维数Dk与水分呈负相关,挥发分与D2、D3呈负相关,灰分和D3呈负相关。突出煤层中瓦斯扩散模式主要为Knudsen型和过渡型。在Knudsen扩散区和过渡扩散区,渗透率受温度和压力影响较小; Fick扩散区,在相同努森数Kn和温度条件下,渗透率随压力增大而减小,随温度增高而降低;压力越高,孔径越小,渗透率受吸附作用影响越大。

关键词：突出煤层;瓦斯吸附;孔隙结构;煤层渗透率;煤层分形维数;