煤田地质与勘探

作者：魏迎春, 崔茂林, 张劲, 孟涛, 姚征,

关键词：煤层气, 煤粉, 粒度, 聚集, 沉降, 悬浮液移动阅读,

在煤层气开发过程中，煤粉聚集及沉降会堵塞煤层气运移通道及导致卡泵、埋泵等事故。为了查明不同粒度煤粉的聚集及沉降特征，选取粒度>140目（70~140目（106~50~70目（212~140目的煤粉悬浮液最先出现分层。煤粉粒度越小，煤粉悬浮液顶部漂浮的煤粉量越多；煤粉粒度越大，其下沉到煤粉悬浮液底部的煤粉量越多。不同粒度煤粉悬浮溶液中煤粉含量均随着静置时间的增加呈现不同程度的降低，在停止搅拌后3 min内，煤粉含量下降最快，粒度为>70~140目的煤粉悬浮液中煤粉含量最大。根据不同粒度煤粉悬浮液中煤粉粒度分布曲线，将煤粉聚集及沉降过程分为3个阶段：单峰变双峰阶段（煤粉快速上浮及沉降）、双峰变单峰阶段（煤粉快速聚集及沉降）和单峰阶段（煤粉缓慢沉降）。粒度>140目的煤粉在悬浮液中最先达到缓慢沉降阶段，粒度>70~140目的煤粉在悬浮液中最后到达缓慢沉降阶段。从煤粉的受力、扩展的DLVO理论及煤粉的有机分子结构方面探讨了煤粉聚集沉降的机理：煤样含有大量的脂肪烃和芳香烃等疏水性基团，疏水性强，润湿性低；随着煤粉粒度的减小，其比表面积显著增大，煤粉表面吸附大量空气，形成气膜；同时，煤粉颗粒间相互吸附聚集，内部形成很多微孔隙，导致粒度小的煤粉易聚集漂浮在悬浮液面上。实验得到的不同粒度煤粉的上浮、下沉及悬浮情况，为后期煤层气开发中煤粉管控措施提供依据。

来源：2020年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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