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摘要
原生结构煤受构造应力破坏后形成不同类型煤体结构煤，其孔隙结构、吸附/解吸、扩散和渗透能力等将发生变化，从而影响煤层气的赋存与产出。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层原生结构煤与构造煤样品进行甲烷等温吸附实验、低温液氮和二氧化碳吸附实验，分析了构造煤与原生结构煤的吸附-解吸性能及孔隙结构特征；应用单孔和双孔非稳态扩散模型，揭示了原生结构煤与构造煤中甲烷扩散的差异性及控制机理。研究结果表明，煤中CH4的吸附量随煤体结构破坏程度的增加而增加，构造煤的解吸和扩散速率要好于原生结构煤。原生结构煤与构造煤的扩散系数均随压力的降低而减小，在整个扩散阶段构造煤的扩散系数高于原生结构煤。在高于5.0、1.5～5.0 MPa和低于1.5 MPa的压力区间，气体扩散主要发生在大孔、中孔和微孔中，分别对应于菲克型扩散、过渡型扩散和克努森型扩散。双孔扩散模型对于解吸数据的拟合度明显高于单孔扩散模拟结果；揭示了煤中气体扩散呈3个阶段变化规律，即：快速扩散阶段(S1)，衰减阶段(S2)和缓慢扩散阶段(S3)。有效扩散系数与温度表现出明显的正相关性，温度越高有效扩散系数越大，但是到了低压阶段孔隙结构对煤中甲烷扩散性影响高于温度。该研究成果为构造煤区煤层气勘探开发提供了理论依据。
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