蓄热相变对煤体渗透率的影响作用研究 论文

本文研究了热环境下的液固膨胀相变对煤体渗透率的影响，通过实验得到了蓄热相变作用下煤体的渗透率变化和弛豫时间谱特征，并分析了蓄热相变对煤体孔裂隙结构和渗透率的影响。蓄热相变作用指的是当物质从一个相态（例如液态）转变到另一个相态（例如固态）时，在一定条件下会吸收或释放热量的过程。在煤层气开采和煤矿安全领域，蓄热相变可用来改善煤体的渗透性，即所谓的“增透”。这主要是因为煤体在受到热力作用时，会发生一定程度的膨胀，这种膨胀是由煤体内部的液固相变导致的。液固膨胀相变可以理解为水等液态物质在吸收热量后变成蒸汽，或固态物质如煤中含有的吸附水在加热后转变为液态，从而导致煤体体积的变化。研究中提到了渗透率。渗透率是一个衡量多孔介质如煤体传输流体能力的物理量。在煤炭和岩层的开采中，渗透率是决定气体和液体流动速率的重要因素。煤体的渗透性越好，开采时就能更容易地使煤层中的气体如煤层气、瓦斯等逸出，从而提高开采效率并保障矿井安全。在实验研究中，通过对煤体进行蓄热相变实验，研究人员监测了渗透率的变化和弛豫时间谱。弛豫时间谱是指材料在外部力作用后返回平衡状态所需的时间分布。对于煤体来说，弛豫时间谱反映了煤体内部孔裂隙结构变化对渗透率的影响。实验结果显示，蓄热相变作用下煤体渗透率增幅最大可以达到489%，这说明蓄热相变对煤体增透有显著效果。此外，弛豫时间的谱峰值上升显示煤体中大孔和裂隙数量的增加，以及孔隙结构的连通性改善。从内容来看，蓄热相变主要通过以下几种方式增加煤体渗透率：相变膨胀促进了孔裂隙数量的增加；通过改善孔裂隙结构之间的连通性，使得流体更容易通过煤体，从而提高了渗透率。这种改善的效果是显著的，尤其在中大孔隙和裂隙的区间内表现得尤为明显。文章指出，通过蓄热相变增加煤体渗透性的研究，对于煤层气的高效开采和煤矿安全具有重要意义。在实际应用中，可以通过人为控制温度等蓄热相变条件，促进相变过程，进而实现对煤层渗透性的有效调控。文章列出了参与研究的单位和作者名单，指明了研究工作得到的资助情况，并给出了一系列参考资料，这有助于读者进一步了解相关研究背景和深入探索。这项研究揭示了蓄热相变对煤体渗透率的积极影响，这一发现对于煤炭开采行业是一个重要的理论贡献，也为实际应用提供了理论基础和技术指导。