微纳米气泡-表面活性剂协同强化驱替煤中瓦斯效应与机理
陈勇1
王鹏飞1
刘荣华2
刘开新2
邬高高2
王新喆2
1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201;南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室,湖南 湘潭 4112012.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201
摘要：为实现煤体瓦斯减阻增渗与强化驱替,基于微纳米气泡、表面活性剂与水介质共存特性获得了液气耦合介质,通过环管流量、旋转黏度表征了液气耦合协同增效特征,基于渗流瞬时流量、气测渗透率量化了微纳米气泡-表面活性剂协同强化驱替煤中瓦斯效应,借助达西渗流揭示了微纳米气泡-表面活性剂协同增效作用下驱替机理.结果表明:微纳米气泡-表面活性剂协同增效后,轴压/围压 3、5 MPa渗流驱替时,相对蒸馏水介质,无烟煤瞬时流量分别增大 1.61、2.44倍,气测渗透率分别增大 1.61、2.39倍,长焰煤瞬时流量分别增大 1.43、1.67倍,气测渗透率分别增大1.44、1.68倍;相对含表面活性剂介质,无烟煤瞬时流量分别增大1.08、1.21倍,气测渗透率分别增大 1.08、1.13倍,长焰煤瞬时流量分别增大 1.07、1.11倍,气测渗透率分别增大 1.08、1.11倍.相同变质程度煤体在蒸馏水介质、含表面活性剂介质、液气耦合介质渗流驱替时,瞬时流量、气测渗透率逐渐增大,且长焰煤相对无烟煤呈现出更为明显的增强效应.随轴压/围压的增大,不同介质渗流驱替强度均呈现一定幅度的降低;但微纳米气泡-表面活性剂协同增效作用显现,相同载荷条件下,液气耦合介质渗流强度均大于蒸馏水介质与含表面活性剂介质,且不同轴压/围压之间的渗流差异明显缩小.微纳米气泡-表面活性剂协同增效衍生减阻性能与边界滑移,提供了瓦斯渗流驱替作用动力,基于孔隙渗流与边界滑移特征,将煤体内部孔隙结构类比圆管孔隙建立了减阻渗流模型,借助达西渗流表征了液气耦合介质对煤体注水渗流驱替界面特性与作用机制.微纳米气泡-表面活性剂液气耦合协同增效为煤层注水渗流驱替与增透抽采提出了新的技术方向.
关键词：微纳米气泡表面活性剂煤体瓦斯液气耦合协同增效强化驱替
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52474220)国家重点实验室基金(SICGM202304)湖南省杰出青年基金资助项目(2024JJ2032)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3504-3517 )
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