煤田地质与勘探

作者：李振, 余奕睿, 王红伟, 冯国瑞, 何富连, 王德璋, 周劲辉, 柳路妍, 韩鑫磊,

关键词：瓦斯抽采, 废弃矿井采空区, 破碎煤, 气体压力, 空隙率, 粒径, 渗透率,

垮落带破碎煤岩体空隙结构演变直接影响垮落带气体渗透特性，进而影响废弃矿井采空区煤层气运移富集规律。利用自主设计研发的第二代破碎煤岩体压实−渗流−CT扫描试验系统，开展5种粒径破碎无烟煤在不同气体压力、轴向应力及空隙率条件下162组渗透实验。结果表明：(1) 气体在破碎无烟煤中运移时气体压力、流量随时间一直处于动态变化直至达到吸附平衡，流量、压力恒定。(2) 低雷诺数下气体在破碎无烟煤中流动需要拟启动压力梯度，其值处于158.89~1 408.64 Pa/m，并随着轴压增大、空隙率减小而增大。(3) 破碎无烟煤渗透率处于10−12~10−10 m2，且渗透率随气体压力、空隙率增加分别呈现对数、指数函数式增长趋势。(4) 颗粒粒径越大则相同装料空间内破碎煤样初始空隙越大，更易于气体流动，因此相同空隙率时破碎无烟煤渗透率随粒径的增大而增大；不同粒径颗粒渗透率平均变化幅度均随空隙率减小而减小；然而颗粒粒径越大，减小相同空隙率时破碎无烟煤渗透率变化幅度减小越明显。废弃矿井采空区煤层气地面抽采时，地面钻井应优先布设在垮落带破碎煤岩体连同纵向“高位环形裂隙体”共同构成的“U”型高渗煤层气富集区内。

来源：2024年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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