煤层注水抑制瓦斯涌出机理研究.docx

文章编号:0253-9993(2010)06-0928-04煤层注水抑制瓦斯涌出机理研究郭红玉,苏现波(河南理工大学能源科学与工程学院,河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室,河南焦作454000)摘要:在RMT-150B岩石力学伺服试验机的基础上,设计了一套测试煤样启动压力梯度和渗透率的实验装置,分别测试了煤样在不同含水饱和度状态下的启动压力梯度和渗透率。实验结果表明,随着含水饱和度的增大,渗透率逐渐降低,启动压力梯度逐步增大,渗透率越低的样品对含水饱和度越敏感,从理论上解释了煤层注水抑制瓦斯涌出的原因。关键词:煤层注水;瓦斯涌出;启动压力梯度;渗透率中图分类号:TD71215文献标志码:AResearchonthemechanismofgasemissioninhibitioninwater2floodingcoalseamGUOHong2yu,SUXian2bo(KeyLaboratoryofBiogenicTracesandMineralizationProcessofHenan,SchoolofEnergyScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)Abstract:BasedonRMT-150Brockmechanicsservotestingmachine,theexperimentaldevicefortestingcoalstart2uppressuregradientandpermeabilitywasdesigned,andboththestart2uppressuregradientandpermeabilityofthecoalsamplesatdifferentwatersaturationstateweretested.Theexperimentresultsshowthatthepermeabilitydecreasegradually,andstart2uppressuregradientgraduallyincreasewiththeincreaseofwatersaturation,andthelowerpermea2bilityofsamplesismoresensitivetothewatersaturation,whichistheoreticalexplanationthatwater2floodingcoalseaminhibitgasemission.Keywords:water2floodingcoalseam;gasemission;start2uppressuregradient;permeability目前煤矿瓦斯灾害治理常用水力挤出[1]、深孔高压注水[2]、水力割缝[3]、水力冲孔[4]和水力掏槽[5]等水力化措施,主要通过煤体的强制卸压,增大煤层渗透率,使瓦斯抽放更加容易,同时可以湿润煤层,达到降尘的作用。由于水力化措施的卸压增透作用对煤基质块内部渗透率影响并不大,煤层注水对基质块内部的瓦斯实现了“封闭”,因此使瓦斯由吸附态转化为游离态更加困难,即增大了煤层瓦斯残留量,减少了瓦斯涌出量。例如水法采煤的相对瓦斯涌出量明显比旱法采煤小,仅为后者的4513%[6]。煤层注水对瓦斯涌出的抑制作用明显[7],但原因众说纷纭,机理并不清楚。本文通过室内模拟煤储层注水前后渗透率和启动压力梯度的变化,探讨了注水抑制瓦斯涌出的作用机理,并从瓦斯放散初速度Δv变化和煤层气井产气特征2个方面得到了验证。1实验与结果111样品制备与实验系统样品采自阳泉煤电集团寺家庄煤矿的15号煤层,干燥基灰分6143%,挥发分7146%,水分1123%。加工成50mm×50mm的煤芯(图1),实验系统包括:密封橡胶套,试验机加载及控制系统,高压N气2源,气体流量及压力测试等几部分(图2)。收稿日期:2009-12-22责任编辑:毕永华基金项目:长江学者和创新团队发展计划项目(IRT0618);河南省重大公益性科研资助项目(081100910500);河南省重点实验室项目(OT2MP0807,OTMP0901)作者简介:郭红玉(1978—),男,河南遂平人,博士研究生。Tel:0391-3987981,E-mail:guohy@hpu1edu1cn第6期郭红玉等:煤层注水抑制瓦斯涌出机理研究929措施之后含水饱和度显著增大,而基质块内部渗透率较小,因此含水饱和度的增加提高了其启动压力梯度,同时降低了渗透性,表现为煤的瓦斯残余量增大,矿井瓦斯涌出量减小,这就是注水对瓦斯涌出的抑制作用。表1Table1渗透率和启动压力梯度测试结果Thetestresultsofpermeabilityandstart2uppressur