煤层注氮模拟实验中的置换-驱替效应及其转化机制分析

杨宏民^1,2，冯朝阳¹，陈立伟^1,3

1. 河南理工大学安全科学与工程学院2. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地3. 东北大学资源与土木工程学院

摘 要：为了研究注N₂促排煤层瓦斯过程中驱替和置换效应及其主导作用,利用自研的煤层注气实验装置,进行了单轴应力、分层预压成型条件下煤层注N₂促排瓦斯的模拟实验。实验结果表明:驱替和置换效应始终贯穿整个注气过程,共同作用将煤体中瓦斯排出。在注气初期14 min内,置换解吸效应起主导作用,注入的N₂由于被吸附或充填于煤层孔裂隙等自由空间而被全部滞留煤中,表现为出口并无N₂排出,而煤体中的CH₄则大量解吸排出。在14²00 min注气实验时间内,置换作用的主导地位将逐渐丧失,开始进入置换作用减弱和驱替作用增强的转换阶段;在注气时间大于400 min的后期,处于置换和驱替相互作用、彼此平衡的时期,但置驱总效率处于较低水平。根据注气400 min（6.67 h）后注气促排效率较低的实验结果,建议井下煤层注气时间控制在8 h工作制的一个小班以内为宜。

关键词：煤层注氮气;置换效应;驱替效应;主导作用;转化机制;