煤層氣開發中不同粒度煤粉的聚集沉降實驗

作者：魏迎春,崔茂林,張勁,孟濤,姚征

摘要：在煤層氣開發過程中,煤粉聚集及沉降會堵塞煤層氣運移通道及導致卡泵、埋泵等事故。為了查明不同粒度煤粉的聚集及沉降特征,選取粒度>140目(<106μm)、>70~140目(106~<212μm)和>50~70目(212~<300μm)3種粒度范圍的煤粉,開展了在去離子水中煤粉的聚集及沉降實驗,從煤粉聚集及沉降特征觀察、懸浮液中煤粉含量及煤粉粒度分布探究不同粒度煤粉在去離子水懸浮液中的聚集及沉降特征。結果表明,隨著靜置時間的增加,各粒度煤粉懸浮液的顏色均不同程度地變淺,逐漸出現分層,其中,粒度>140目的煤粉懸浮液最先出現分層。煤粉粒度越小,煤粉懸浮液頂部漂浮的煤粉量越多;煤粉粒度越大,其下沉到煤粉懸浮液底部的煤粉量越多。不同粒度煤粉懸浮溶液中煤粉含量均隨著靜置時間的增加呈現不同程度的降低,在停止攪拌后3 min內,煤粉含量下降最快,粒度為>70~140目的煤粉懸浮液中煤粉含量最大。根據不同粒度煤粉懸浮液中煤粉粒度分布曲線,將煤粉聚集及沉降過程分為3個階段:單峰變雙峰階段(煤粉快速上浮及沉降)、雙峰變單峰階段(煤粉快速聚集及沉降)和單峰階段(煤粉緩慢沉降)。粒度>140目的煤粉在懸浮液中最先達到緩慢沉降階段,粒度>70~140目的煤粉在懸浮液中最后到達緩慢沉降階段。從煤粉的受力、擴展的DLVO理論及煤粉的有機分子結構方面探討了煤粉聚集沉降的機理:煤樣含有大量的脂肪烴和芳香烴等疏水性基團,疏水性強,潤濕性低;隨著煤粉粒度的減小,其比表面積顯著增大,煤粉表面吸附大量空氣,形成氣膜;同時,煤粉顆粒間相互吸附聚集,內部形成很多微孔隙,導致粒度小的煤粉易聚集漂浮在懸浮液面上。實驗得到的不同粒度煤粉的上浮、下沉及懸浮情況,為后期煤層氣開發中煤粉管控措施提供依據。

發文機構：中國礦業大學（北京）地球科學與測繪工程學院 陜西省地質調查院陜西省礦產地質調查中心

關鍵詞：煤層氣煤粉粒度聚集沉降懸浮液CBMcoal finesparticle sizesaggregationsedimentationsuspention liquid

分類號： P618.11[天文地球—礦床學]