《聲場作用下煤結構演化機制及煤層氣滲流特性的研究》是依託重慶大學，由姜永東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聲場作用下煤結構演化機制及煤層氣滲流特性的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姜永東
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
針對我國煤層賦存地質條件極其複雜，煤層80%屬於低透氣性，滲透率極低，煤層氣含量高，壓力大，煤層氣難抽采等問題，項目提出用聲場促進煤層氣解吸、擴散、滲流，以提高煤層氣抽采率，解決聲場強化低滲透煤層氣抽采作用機理這一重要科學問題。利用CT機三維空間分析技術及核磁共振微觀無損檢測成像技術，重點開展聲場作用下煤體微觀結構、煤層氣解吸、擴散、滲流特性的實驗與理論研究。. 通過研究，分析聲場的頻率、振幅、聲場強度對煤體微觀結構、解吸、擴散、滲流特性的影響，建立聲場處理前後煤體孔隙立體模型，聲場作用下的煤層氣解吸模型，應力場、溫度場、聲場耦合作用下煤層氣滲流理論，揭示聲場提高煤層氣抽采率的微觀機理，提出聲場作用下高效抽採煤層氣的技術原理。. 研究成果將豐富並創新煤層氣高效開採理論，對高效抽採煤層氣、減少煤礦瓦斯事故具有重要的科學意義和實用價值。
結題摘要
我國煤層氣埋深2000米以淺儲量約為36.8萬億立方米，儲量豐富，但是煤礦地質條件複雜，80%為低滲透煤層、壓力大、煤層氣含量高、吸附態90%，煤層氣難抽采。項目提出用聲場強化煤層氣高效開採，開展了聲場作用下煤體微觀結構、煤層氣吸附、解吸、滲流特性、聲場高效抽採煤層氣技術原理的研究，成果豐富並創新了煤層氣高效開採理論，對煤層氣抽采、減少煤礦瓦斯事故具有重要的科學意義和實用價值。成果如下：（1）自主研發了超音波作用下煤吸附、解吸、滲流實驗裝置（專利號201710742761.8、201710742726.6、201811617811.0、201910023573.9），可以測試不同頻率、功率的聲場作用下煤層氣吸附、解吸、滲流特性，為項目的研究提供了實驗條件。（2）超音波能清洗煤體表面及裂隙通道中的微顆粒，使煤體產生損傷，形成新的裂隙，煤的平均孔徑、比表面積、孔體積增大，裂隙連通率增加，有利於煤層氣滲流。並建立了聲場作用前後煤體孔隙模型。（3）超音波作用前後煤中甲烷的吸附、解吸、擴散規律相同，超音波激勵下煤對甲烷的吸附能力降低，解吸量增大，且解吸量隨超聲功率的增大而增加；超音波作用下煤的擴散係數增大，擴散能力增強；建立了聲場作用下煤層氣吸附、解吸模型。（4）煤的滲透率隨平均有效應力的升高呈負指數函式降低，超音波作用下煤的滲透率增大，且滲透率隨超聲功率、作用時間的增加而增大，在此基礎上建立了作用聲場作用下煤層氣滲流模型。（5）揭示了超音波空化效應、機械振動效應、熱效應強化煤層氣高效抽采的微觀機理。（6）現場試驗表明，距離超音波震源越近，效果越明顯，離震源越遠，作用效果逐漸降低；現場試驗，距離震源5m瓦斯濃度提高了40%~94.7%，瓦斯抽采甲烷純量提高了139%~240%，煤層透氣性係數提高了2.68倍，瓦斯預抽期縮短65%。
