新密煤田裴沟矿主采煤层基质孔隙发育特征

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煤储层中普遍发育孔隙/裂隙,它们对煤层气的吸附、解吸、扩散和运移等过程有着非常重要的影响。煤的组成和不同的沉积埋藏史、构造演化史、煤化作用史、流体活动史和有机质生气史导致煤体内部孔隙/裂隙系统分布不一,尤以与矿井瓦斯突出密切相关的构造煤内部结构更为复杂。以河南省新密煤田裴沟矿主采煤层二1煤为研究对象,应用压汞法和低温氮气吸附法系统分析了全煤层的孔隙的孔容和比表面积的分布特征和变化规律,结果表明:(1)煤层样品的孔容分布介于0.0175-0.0415 ml/g,平均为0.0295 ml/g,从底部到顶部呈水平震荡的“W”形分布,在不同孔径段的分布中多呈多峰型分布;比表面积分布介于0.3010-1.3756 m2/g,平均为0.7305 m2/g,从底部到顶部呈震荡向下的“W”形变化,不同孔径段的分布呈明显的单/双峰分布;平均孔径分布介于77.72-284.47 nm,平均为184.36 nm,从底部到顶部呈震荡增大的趋势,孔隙形态以开放形或半封闭形孔隙为主。(2)相比煤层样品而言,直接顶/底板的孔容、BET比表面积均明显偏大,平均孔径则反之;此外,孔隙形态主要以细颈瓶结构为主;较小孔径段的分形维数要偏小,较大孔径段则偏大。(3)相比低灰分的煤层样品而言,夹矸分层的孔容和平均孔径偏小,BET比表面积偏大,孔隙形貌的差异性却不明显;此外,在较小孔径段,夹矸分层的分形维数要偏小,而较大孔径段则反之。(4)压汞法可以测定5.50 nm-400μm的孔/裂隙,低温氮气吸附法可以测定500 nm以下的较小孔隙,加上假设条件及分析模型等多重因素的作用下导致两种方法在孔容、比表面积及平均孔径等参数出现明显差异;此外,结合分型理论及BJH模型等方法的分析可知压汞法可测煤孔隙的准确下限依据煤质的不同而不同,大致分布集中在80-200 nm之间,低温氮气吸附法的可测上限在100 nm左右。(5)在同一煤层的孔隙发育特征中,构造是控制孔隙发育的主要地质因素,但灰分的影响同样不可忽视,如高岭石和伊利石等无机矿物;但值得注意的是在多种因素的共同作用下,灰分对煤孔隙的影响有可能会复杂化,不同矿物对煤孔隙的相关影响还需要更多的实验去探讨总结。
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