高压CO2注气对低透气性煤层瓦斯扩散与抽采效率的影响研究

本文主要探讨了CO2注气压力对煤层瓦斯扩散系数的影响规律，针对低透气性煤层瓦斯抽采效率较低的问题，研究者选取了晋城赵庄煤矿的煤样作为研究对象。通过在自主研发的CO2驱替CH4试验平台上进行实验，分别在0.6 MPa、0.8 MPa和1.0 MPa的不同注气压力条件下进行实验。 实验结果显示，随着注气压力的增加，CO2驱替CH4的过程表现出显著的变化。首先，驱替压力的提升导致CH4排放的最大量在较短时间内达到，CO2突破时间缩短，这表明高压CO2能更快地推进瓦斯的排放。其次，置换效率也随之提高，显示出更高的驱替效果。这种压力依赖的驱替特性对于提高煤层瓦斯抽采的效率至关重要。 在驱替过程中，CH4气体的扩散系数并不是恒定的，而是呈现出一个动态变化的过程。具体表现为初期急剧增大，然后趋于平稳，最终在一定注气压力下达到峰值。在0.6 MPa、0.8 MPa和1.0 MPa条件下，瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10–5、3.36×10–5和4.62×10–5 cm2/s，显示出注气压力对扩散系数有显著影响。 研究发现，不同注气压力下的CO2不仅作为驱替剂，还起到了置换吸附-解吸作用和稀释驱替作用。这意味着，根据瓦斯扩散特性及其不同阶段，合理调整注气压力和流量等参数，可以优化CO2注入策略，从而实现更高效的注气驱替技术。 这项研究对CO2深埋与瓦斯（煤层气）的高效抽采提供了重要的理论指导，特别是在处理低透气性煤层的瓦斯管理问题上，有助于制定更科学的开采方案和提升整体的能源利用效率。通过深入理解CO2注气压力对瓦斯扩散系数的影响，可以为煤矿安全和环境保护提供关键技术支持。