H₂S水溶液对低阶煤孔隙结构影响的实验研究

程晓茜^1,2，田继军^1,2，王海超^1,2，张玉垚^1,2，郝慧丽^1,2，张治恒^1,2

1. 新疆大学地质与矿业工程学院2. 新疆煤层气工程技术研究中心

摘 要：基于新疆诸多低阶煤矿（井）区煤层、煤系水中硫化氢（H₂S）含量较高的特殊地质现象,以沙尔湖煤矿低阶煤为研究对象,采用样品制备—酸化前高压压汞和场发射扫描电镜实验—H₂S水溶液配置—样品浸泡酸液—酸化后高压压汞和场发射扫描电镜实验的实验步骤,物理模拟了H₂S水溶液与煤岩体的酸化作用过程,对比研究了H₂S水溶液酸化前后低阶煤孔隙结构的变化规律。研究表明:H₂S水溶液酸化后煤样孔隙体积增大,增幅达23.09%,其中大孔体积增幅达66.10%,中孔体积增大4.86%,孔隙连通性明显改善;酸化前后孔隙类型均以开放孔为主,酸化后开放孔体积明显增大,增幅达21.18%;酸化前后总孔比表面积变化不大,微孔和过渡孔的孔比表面积增幅分别为0.42%和1.37%,大孔的孔比表面积增大60.00%;H₂S水溶液酸化后,热力学模型的分形维数减小,表明孔隙表面变平滑,Menger海绵模型的分形维数增大,表明煤样孔隙空间形态及结构变复杂。H₂S水溶液对煤孔隙结构的改善机理主要体现在两个方面:一方面是酸化作用引起碳酸盐岩类矿物与酸液发生溶蚀作用,导致充填于孔隙中的碳酸盐类矿物被溶蚀,从而产生孔隙体积增大的正效应;另一方面是酸化作用导致煤中黏土矿物等膨胀、分散,生成的细小颗粒堵塞孔隙,造成孔隙体积减小的负效应。但总体上溶蚀作用产生的正效应大于堵塞孔隙产生的负效应,从而使得H₂S水溶液酸化后总孔隙体积增大,孔隙连通性得以改善。

关键词：低阶煤;H₂S水溶液;酸化;孔隙体积;分形维数;