電化學強化煤瓦斯解吸滲流的機理與方法研究

《電化學強化煤瓦斯解吸滲流的機理與方法研究》是依託太原理工大學，由康天合擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電化學強化煤瓦斯解吸滲流的機理與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：康天合
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

針對我國煤層瓦斯（煤層吸附氣）抽采率低（僅20%左右），嚴重影響了煤礦安全生產、增加了環境污染和浪費了煤層氣資源這一重大問題，提出了採用電化學方法強化煤瓦斯解吸滲流，提高煤層瓦斯抽采率的探索性研究思路。研究不同電場強度、電解液類型和電解液濃度等電化學條件對褐煤、煙煤和無煙煤樣的作用過程與回響，包括：溫度、應力、孔隙率、孔-裂隙結構、水分含量、煤基質體的物理力學特性、化學成分與性質的變化；電解反應、氧化反應和還原反應，電泳和電滲電化學現象與氣體釋放規律；煤表面物理化學與電性，煤對瓦斯的吸附解吸滲流及其變化。研究電化學強化煤瓦斯解吸滲流的工程套用方法與參數最佳化。揭示電化學強化煤瓦斯解吸滲流的機理，提出電化學強化煤瓦斯解吸滲流的套用方法。為提高煤層瓦斯抽采率提供新的理論基礎與技術支持，其成果具有重要的科學意義和工程套用價值。

結題摘要

針對我國煤瓦斯儲層強吸附、低滲透的特徵和目前採用的鑽孔、割縫、致裂等卸壓方法以及外加電場、電磁場、振動、注熱等物理方法對提高瓦斯解吸與滲流、提高瓦斯抽采率的效果與範圍受限的現狀，本項目提出了採用電化學方法強化煤瓦斯解吸滲流，以期提高瓦斯抽采率的研究。主要研究工作與成果為：(1)研究了不同煤階煤樣（褐煤、煙煤（長焰煤、焦煤）、無煙煤）的孔裂隙結構和對瓦斯的吸附解吸特性，分析了孔容、平均孔徑和孔隙率以及飽和吸附量、最終解吸率、解吸時間、解吸初速度和擴散係數等隨塊度的變化規律。(2)研製了電化學強化煤瓦斯解吸滲流試驗裝置，為模擬三軸應力下電滲驅動煤岩中液體流動並攜帶氣體運移的研究提供了一種新的手段。(3)完成了電化學改變煤孔裂隙結構的多尺度測試。綜合採用多種方法測試了不同電解液濃度和電位梯度等改性後煤樣的比表面積、平均孔徑、孔隙率、裂隙連通性和裂隙數量，發現電化學作用降低了煤樣的比表面積、增大了孔隙率並疏通了填充礦物的孔裂隙，探明了電化學作用對煤孔裂隙結構的影響規律，並採用分形方法表征了改性對煤孔裂隙結構非均質性的影響。(4)進行了電化學改變煤表面特性測試。探索了電化學作用對煤樣的潤濕性、電動特性和表面基團等表面特性的影響，分析了煤毛細作用力和電動作用力的變化，剖析了表面特性變化的微觀作用機理。(5)開展了電化學強化煤瓦斯解吸特性試驗。研究了電化學作用過程中和電化學作用後煤瓦斯解吸特性的變化，發現煤樣的瓦斯解吸率由61.84%增至82.28%，而解吸時間縮短了3/4。分析了pH 值、電解液濃度和電位梯度等對煤瓦斯解吸特性的影響規律，排列了這些因素影響程度的主次順序，揭示了電化學強化煤瓦斯解吸機理。(6)進行了電化學強化煤瓦斯滲透特性試驗。研究了電化學作用過程中電解液濃度、電位梯度、瓦斯壓力和體積應力等對煤瓦斯滲透特性的影響，發現孔隙壓力小於3MPa、體積應力大於16MPa時煤瓦斯滲流的電化學強化效果較顯著，滲流速度和滲透係數提高了3.12~28.57倍，並隨電解液濃度升高呈倒U 型變化，隨電位梯度升高呈線性規律增大，建立了應力場與電化學場共同作用下的煤瓦斯電動滲流方程。(7)在對煤的電化學反應和電滲、電泳等電動現象以及強化煤瓦斯解吸滲流特性等系統研究的基礎上，提出了電化學強化煤層瓦斯抽放的工業試驗方法。