液氮冻融过程无烟煤未冻水分布及温度-应力场演化规律
秦雷
张弦
林海飞
王伟凯
李博涛
王裴
李树刚
西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;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,陕西 西安 710054
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.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 2个阶段:加速冻结阶段(0～20 s)和稳定阶段(20～60 s).冻结饱水煤样融化时,孔隙未冻水含量受温度与热应力 2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T1-T2 谱图热应力
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：中国科协青年人才托举工程资助项目(2022QNRC001)陕西省青年人才托举计划资助项目(20220437)陕西省青年科技新星资助项目(2022KJXX-59)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 76-86 )
英文信息