Experimentelle Untersuchung der Entwicklungsgesetze von Volumenexpansion und Durchlässigkeit tektonischer Kohle durch Spannungsabbau

HAN FENG ,  

LUO RONG ,  

ZHU SHILIANG ,  

ZHOU XIAOZHI ,  

CHEN XUEHUA ,  

QIU XIN ,  

FANG HUIJING ,  

DING HAI ,  

摘要

Um die Entwicklungsgesetze und den inneren Mechanismus der Durchlässigkeit von tektonischer Kohle während des Spannungsabbaus zu enthüllen, wurden typische körnige und mylonitische Kohleproben aus dem Huainan-Bergbaubecken ausgewählt, um technische Kohleproben herzustellen. Mit einem selbstentwickelten echten dreiachsigen Belastungs- und Entlastungssimulationssystem wurden systematisch physikalische Simulationsversuche unter verschiedenen Entlastungsbedingungen, Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass während des Spannungsabbaus das Volumenwachstum und die Durchlässigkeit der Kohle mit abnehmendem effektivem Stress signifikant zunehmen, wobei die maximale Volumenausdehnung 54 cm³ und die höchste Durchlässigkeit 0,8936×10⁻³ μm² erreichte. Dieser Entwicklungsprozess wird von mehreren Faktoren wie Kohlestruktur, Temperatur, Feuchtigkeitsgehalt und Entlastungsrichtung beeinflusst. Dabei sind die Volumenausdehnung und der Durchlässigkeitseffekt von mylonitischer Kohle deutlich besser als bei körniger Kohle, mit einer Volumenzunahme von 19,4% bis 25,95% und einer Durchlässigkeitssteigerung von bis zu 21,88%. Hohe Temperaturen (45 ℃) und trockene Bedingungen fördern die Verbesserung der Durchlässigkeit, die durchschnittliche Wachstumsrate der Volumenausdehnung stieg im Vergleich zu 15 ℃ um 23,24%; multidirektionale Entlastung kann multidirektionale Risse aktivieren und ein dreidimensionales Durchflussnetzwerk aufbauen, was den besten Durchlässigkeitseffekt mit einer Steigerung von etwa 7,7% gegenüber der einachsigen Entlastung erzielt. Die Mechanismusanalyse zeigt, dass die Abnahme des effektiven Stresses hauptsächlich durch die koordinierte Wirkung von "Rissöffnung - elastische Erholung - Matrixkontraktion" die Entwicklung der Durchflusskanäle antreibt; thermische Spannung durch Temperatur konkurriert mit effektivem Stress und fördert unter Entlastungsbedingungen die äußere Ausdehnung der Kohle; Wasser hemmt durch die Besetzung von Poren- und Rissräumen sowie die Erhöhung der Plastizität der Kohle die Entwicklung von Durchflusskanälen deutlich. Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 5% sinkt die Durchlässigkeit um 45,35%. Dementsprechend sollte bei der Entwicklung von Coalbed-Methan in tektonischer Kohle mit Spannungsabbau vorrangig homogene Lagerstätten mit entwickelter mylonitischer Kohle, niedrigem ursprünglichem Geostress, moderater Erdtemperatur, niedrigem Feuchtigkeitsgehalt und ohne äußere Wasserzufuhr ausgewählt werden. Diese Studie kann eine wichtige theoretische Grundlage für die Optimierung von Feldentwicklungsplänen bieten.

关键词

Huainan-Bergbaubecken;Spannungsabbau;tektonische Kohle;Volumenexpansion;Durchlässigkeit;Druckentlastung und Förderung

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