煤炭工程 ›› 2026, Vol. 58 ›› Issue (6): 189-199.doi: 10.11799/ce202606024
煤体孔裂隙结构内水分渗吸运移行为研究
马衍坤,信 静,王庆永,耿 宁,杨 明,郑凯歌,王小岐
1. 安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 232001
2. 淮北矿业股份有限公司,安徽 淮北 235099
3. 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西 西安 710077
4. 京昆高速铁路西昆有限公司,重庆 400020
Imbibition and migration behavior of water in pore-fracture structure of coal mass #br#
摘要:
煤矿采用的煤层注水和水力压裂等水力化措施将水注入到煤层中,遗留在煤层中的水在煤的孔裂隙结构中渗吸运移,决定了煤层的最终润湿性。而煤具有复杂的孔裂隙结构,其微孔、中孔和大孔竞争遗留在煤层中的定量水,为分析定量水在块状煤体孔裂隙结构内的运移行为, 本文开展了块状煤体定量水渗吸运移试验,借助低场核磁共振仪,测试分析了定量水在块状煤体微孔、中孔和大孔中的运移规律。结果表明:定量水分在块状煤体内的运移行为呈现2 个阶段,第一阶段外部注入的定量水同时进入吸附孔和渗流孔,自由态水峰降低,吸附态水峰和束缚态水峰升高;第二阶段渗流孔内的水分在毛细管力的作用下逐步向吸附孔内运移,最终实现了水分从渗流孔进入吸附孔;在渗吸结束时,润湿吸附孔的水分占比为62% ~ 99%,滞留在渗流孔的水分占比为1% ~38%;水在块状煤体孔裂隙结构内单位时间润湿速率和孔隙度呈正相关线性关系,孔喉发育越好,水分受毛细管力和重力作用的影响润湿煤体的效果越好,水在块状煤体孔裂隙结构内的渗吸平衡时间与煤的孔隙度呈非线性负相关关系,符合Boltzmann方程。通过讨论了定量水分在块状煤体孔裂隙结构内的渗吸运移行为,全面分析了煤层渗吸机理和流体运移特征规律,为优化水力压裂和煤层注水效果提供了理论依据。
中图分类号: