不同单轴压缩应力条件下煤吸附CO2后颗粒破碎演化规律研究
丁洋1
王梦迪2
李树刚1
林海飞1
赵泓超3
谭军红2
张静非2
朱冰2
张一正2
张艳2
1.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实验室,陕西 西安 7100542.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 7100543.陕西煤业化工集团有限责任公司,陕西 西安 710100
摘要：煤层开采完成后,地下形成了大量的裂隙空间,其中存在一层或多层遗煤,甚至可能包括完整的不可采煤层.这为利用煤矿采空区进行的CO2 的物理封存(包括游离态和吸附态CO2)提供了新的可能.在煤矿采空区的CO2 封存过程中,不同应力分布条件下煤颗粒的破碎和压实特性将发生变化,可能引起采空区储层渗透性变化和微震活动,严重的将导致CO2 泄漏,危及CO2 封存的安全性.通过比较吸附和未吸附CO2 的煤样在不同轴向应力条件下的粒径级配特征、破碎特性和压实特性,揭示了不同应力条件对渗透性的影响.研究结果表明:吸附CO2 对煤颗粒的粒度级配产生了显著影响,煤样吸附CO2 后的粒度分布与Mandelbrot分形分布之间呈现良好的一致性;吸附CO2 增加了煤的破碎倾向,特别是在轴向压力较小时,相对破碎率和绝对破碎率随着轴压的增大逐渐增加.对于压实过程和空隙率,CO2 吸附在轴压较小时具有显著影响,但随着轴压的增大,这种影响减弱.结合实验结果和前人研究,提出了采空区煤岩体吸附CO2 后渗透率的计算方法,结果表明在吸附CO2过后破碎煤体变得更加密实,吸附影响系数随着应力的增加呈现非线性的变化.研究结果为煤矿采空区CO2 封存的安全性评估以及CO2 注入后采空区后泄漏的防治提供了重要理论参考.
关键词：煤矿采空区CO2吸附轴向应力破碎煤岩体破碎压实特征
分类号：TD77(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52074217)陕西省联合基金资助项目(2021JLM-26)陕西省自然科学基础研究计划面上资助项目(2024JC-YBMS-255)
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( 97-107 )
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