液氮冻融过程无烟煤未冻水分布及温度-应力场演化规律
-
煤炭科学技术
- 网络首发时间:2024-03-16 10:12:52
-
94
-
作者
秦雷张弦林海飞王伟凯李博涛王裴李树刚
-
单位
西安科技大学安全科学与工程学院西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室
-
摘要
煤体在冻融过程中孔隙未冻水含量和分布直接影响煤体微观孔隙结构和宏观力学性能,决定煤层增透效果与煤层气抽采效率。本文以无烟煤为研究对象,基于二维核磁共振技术研究无烟煤在冻结及融化过程未冻水分布特征,综合测量T1-T2谱图、T2曲线以及3D峰图,定量分析煤样冻融过程孔隙结构及未冻水分布空间演化规律。实验结果表明,液氮冻结煤体过程中,冻结时间对孔隙内不同流体分布空间演化过程作用不同。自由水分布空间随冻结时间呈指数下降关系,受冻结时间影响较大,束缚水次之;结构水和吸附水分布空间几乎不受冻结时间的影响,主要附着于煤基质表面,其分布空间仅取决于煤样孔隙结构特征。根据流体空间分布情况将冻结过程划分为两个阶段:加速冻结阶段Ⅰ(0秒~20秒)和稳定阶段Ⅱ(20秒~60秒)。冻结饱水煤样融化时,孔隙未冻水含量受温度与热应力两个因素影响。煤样的融化从小孔开始,直至温度升高到一定程度,大孔开始融化。针对上述分析,建立温度场改变引起热应力的产生及演化过程模型。总结基于液氮冻结煤样融化过程孔隙扩张收缩以及孔隙流体分析体系,涉及T2图谱分析、3D峰图计算等问题,分析融化过程未冻水含量变化规律。计算得出,煤样融化过程,孔隙结构逐渐复杂,孔隙水含量随温度呈指函数上升关系。其中自由水含量从24%增长到44%,增幅最大,束缚水含量增加了11%,吸附水和结构水含量均增加了6%,孔隙水含量由孔隙大小及总孔隙体积决定。
-
关键词
二维核磁共振冻融过程孔隙水传热1-T2谱图"name="keyword">T1-T2谱图热应力
-
文章目录
1. 核磁共振实验
1.1 试件制备
1.2 实验设备
1.3 实验方法
2. 试验结果与讨论
2.1冻结过程煤样未冻水分布演化规律
2.2 冻结煤样融化过程孔隙水研究
2图谱规律'>2.2.1 煤样T2图谱规律
2.2.2 融化过程孔隙水分布特征
2.3 孔隙水分布模型及机理研究
2.4 三维孔隙水传热及热应力模型
3. 结论