注气过程中煤层裂纹扩展速度研究

煤层中通常会通过注N2、CO2 提高煤层气采收率或实现CO2 埋存，注入的气体将使煤层中裂纹发生扩展，诱发煤层失稳。以宁武盆地9 号煤层为研究对象，开展等温吸附实验定量研究了煤岩对N2、CO2 的吸附量，并开展三轴压缩力学实验定量研究了N2、CO2 吸附对煤岩力学强度的影响；分析了煤岩中裂纹扩展机理，根据断裂力学理论推导出含气煤岩中的裂纹扩展速度方程，并根据方程计算出注不同气体时煤岩中的裂纹扩展速度。研究表明，在相同平衡压力下，煤岩对CO2 的吸附量是CH4 的6 倍；煤岩饱和CO2 后的力学强度明显低于饱和N2 的力学强度；煤层注CO2 比注N2 引起的裂纹扩展速度更大，并且注气压力越高扩展速度越大。该理论成果能够为优化注气的比例及注气压力提供理论指导，并且对防止煤层失稳，保障顺利注气具有重要意义