含水煤样瓦斯解吸规律及原位瓦斯压力测量应用初探

摘要

煤层原位瓦斯压力的解吸规律和精准测算是瓦斯抽采与防治的关键.“深部煤层原位保压保瓦斯取心方法”通过煤心在保压空间内重平衡前后的瓦斯压力计算原位瓦斯压力，其计算精度依赖于对取心器内体积扩容-压力重平衡过程的精确表征.通过常压解吸试验，揭示了水分对煤样瓦斯解吸的抑制规律；通过连续扩容解吸试验，直接模拟不同体积占比煤样进入取心器后的扩容过程，研究含水率对压力演化的影响；结合低场核磁阐明了水通过竞争吸附及孔隙阻塞抑制瓦斯解吸-扩散的机制；最终提出了现场原位瓦斯压力测量方法，并在山西晋城成庄煤矿进行了验证.研究结果表明：水分显著抑制煤样瓦斯解吸，在相近压力条件下（约2.5 MPa）,含水率增至5.11%时，150 min总解吸量(Q₁₅₀)较干燥煤样降低72.3%,前1 min解吸量（Q₁）锐减84.5%.连续扩容解吸（初始压力3.33 MPa, 5次阶梯扩容）过程中，平衡压力随含水率增加呈线性降低，含水率4.85%的样品最终平衡压力较干燥样低6.25%;且随着扩容进行，压力回弹幅度显著衰减.基于现场保压取心实测压力及煤样参数反演原位瓦斯压力的方法在晋城矿区的应用表明：反演结果与实测原位压力（0.69 MPa）整体误差小于5%,验证了该方法在含水煤层中应用的可靠性.

关键词

保压保瓦斯取心 / 含水率 / 解吸规律 / 原位瓦斯压力

基金资助

国家自然科学基金杰出青年科学基金项目(52225403); 国家重点研发计划项目(2023YFF0615400); 深圳市杰出青年基金项目(RCJC20210706091948015)