煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验_魏迎春.pdf

第 48 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 48 No.5 2020 年 10 月 COAL GEOLOGY 2. Shaanxi Center of Mineral Geological Survey, Shaanxi Institute of Geological Survey, Xi’an 710054, China Abstract During the development process of coalbed methane, the aggregation and sedimentation of coal fines can block the migration channel of coalbed methane and lead to accidents such as stuck pump and buried pump. In or- der to find out the aggregation and sedimentation characteristics of coal fines with different particle sizes, the ag- gregation and sedimentation experiments of coal fines with the particle size＞140 mesh106 μm, 70 to 140 mesh106-212 μm and 50 to 70 mesh212-300 μm in deionized water were carried out. The aggregation and 第 5 期 魏迎春等 煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验 41 sedimentation characteristics of coal fines with different particle sizes in deionized water suspension were investi- gated from the suspension observation, the concentration characteristics of coal fines and the particle size distribu- tion of coal fines in suspension. The results show that with the increase of the time, the color of coal fines suspen- sion becomes lighter to different degrees, and the stratification of coal fines suspension gradually appears, and the suspension of coal fines with the particle size more than 140 mesh was the first to stratify among three suspensions. The smaller the particle sizes of coal fines, the more coal fines float on the top of the suspension, and the larger the particle sizes of coal fines, the more coal fines sink to the bottom of the suspension. The concentration of coal fines in the suspensions decreased to different degrees with the increase of the time. The concentration of coal fines de- creased the fastest within 3 minutes after stopping the stirring. The concentration of coal fines with the particle sizes of 70 to 140 mesh in suspension was the largest among three suspensions. According to the particle size dis- tribution curves, the process of aggregation and sedimentation of coal fines was divided into three stages single peak to double peakrapid floating and settlement of coal fines, double peak to single peakrapid accumulation and settlement of coal fines and single peakslow sedimentation of coal fines. Coal fines with particle size more than 140 mesh in the suspension was the first to reach the stage of slow sedimentation, and coal fines with particle size of 70-140 mesh in the suspension reached the stage of slow sedimentation at the latest among three suspensions. The mechanism of aggregation and sedimentation of coal fines was discussed from the aspects of the force of coal fines, the extended DLVO theory, and the organic molecular structure of coal fines. The coal samples contain a large number of hydrophobic groups, such as aliphatic hydrocarbon and aromatic hydrocarbon, therefore, they have strong hydrophobicity and low wettability. With the decrease of particle sizes of coal fines, its specific surface area increases significantly, and a large amount of air is absorbed on the surface of coal fines, ing an air film. At the same time, particles of coal fines are adsorbed and aggregated with each other, and many micro pores are ed inside, resulting in that coal fines with small particle size is easy to aggregate and float on the suspension surface. Keywords CBM; coal fines; particle sizes; aggregation; sedimentation; suspention liquid 在煤层气排采过程中普遍存在煤粉产出问题[1-4]， 其已经成为制约煤层气连续、稳定排采的关键因素 之一[5-7]。在煤层气开发过程中煤粉产出是由多种因 素共同决定的，有煤岩自身性质和煤层气开发过程 中的工程扰动两方面，其中工程扰动包括钻井、 射孔、压裂及排采参数的改变都将直接导致煤粉的 生成[7]。煤粉在运移过程中会发生聚集，进而滞留 在储层孔裂隙或运移通道中，从而会进一步降低煤 层渗透率，使煤层气井产能受到影响[4]。当含气、 水、煤粉的三相流进入井筒时，粒度较大的煤粉会 堵塞泵吸入口，易导致卡泵，而细粒的煤粉聚集易 附着在泵壁上，造成凡尔阀关闭不严，影响煤层 气井的连续排采[8]。因此，查明不同粒度煤粉的聚 集沉降行为，才能更有利于煤层气井排采中煤粉管 控措施的制定。 在煤层气开发中， 很多学者从煤粉产出机制[8-12]、 产出规律[13]和管控措施[8,14-17]等方面进行了大量 研究。而针对煤粉的聚集沉降特征问题研究甚少。 Shi Qingmin 等[17]研究了 80 目180 μm煤粉在去离 子水、标准盐水和碳酸氢钠水溶液的悬浮液中的聚 集行为。魏迎春等[15-16]从分散特征、悬浮液浓度和 黏度等方面研究了不同分散剂对煤粉的分散稳定性 和对煤岩的伤害性影响，优选出用于煤层气井洗井 工艺的煤粉分散剂。前人主要从不同溶液和不同煤 粉分散剂方面研究煤粉聚集、悬浮及沉降特征，为 本文研究奠定了基础，但并未考虑不同粒度煤粉对 其聚集及沉降的影响。因此，笔者选取韩城矿区象 山煤矿山西组 3 号煤为研究对象，根据煤层气井产 出的煤粉粒度特征[2,7]，针对不同粒度煤粉，开展了 煤粉在去离子水中的聚集及沉降实验，从煤粉聚集 及沉降特征、 悬浮液中煤粉含量及粒度分布特征等方 面开展研究， 为煤层气开发中煤粉管控措施的合理制 定提供依据。 1 样品及实验方法 1.1 样品及溶液 a. 煤样采集与测试 实验所用煤样采自鄂尔 多斯盆地东南缘韩城矿区象山煤矿山西组 3 号煤 层。宏观煤岩特征为灰黑色，强玻璃光泽，煤岩成 分以亮煤为主。采集的煤样按煤岩煤质测试要求制 样，测试结果见表 1。从表 1 中可知，煤样为贫煤， 镜质体反射率高，固定碳含量高。煤的变质程度不 同，其结构单元不同，元素组成也不同，煤样碳含 量高，氢、氧含量低。 b. 煤粉制备 利用粉碎机将煤样破碎，将破 碎后煤样分别过 50 目300 μm、70 目212 μm和 140 目106 μm的国家标准筛，筛分出粒度为＞ 5070 目、＞70140 目和＞140 目 3 种粒度的煤粉 备用。为了简化表述，便于分析，下文中 3 种粒度 区间的样品均用目表示。 42 煤田地质与勘探 第 48 卷 表 1 韩城矿区象山煤矿 3 号煤样的煤岩及煤质分析数据 Table 1 Analysis data of coal macerals and coal property from No.3 coal sample in Xiangshan coal mine of Hancheng mining area 煤岩显微组分及矿物体积分数 φ/ 工业分析 ω/ 元素分析 ω/ 样号 Rmax/ 镜质组 惰质组 矿物 Mad Ad Vdaf FCdafCdaf Hdaf Ndaf Odaf XS-3 1.85 82.34 9.93 7.73 1.0513.2414.5471.1791.12 4.46 1.34 2.58 c. 溶液选择 由于不同地区和不同含水层的 水中离子浓度不同[18-19]，为了排除水中其他阴阳离 子对煤粉聚集的影响，更好地进行单因素分析，本 文选用去离子水为实验溶液，研究不同粒度的煤粉 在煤粉悬浮液中的聚集特征。而依据某矿区实际含 水层中主要离子浓度开展的配比溶液实验将在后续 工作中进行研究。 d. 煤粉悬浮液 用电子天平分别称取粒度＞ 140 目、＞70140 目和＞5070 目的煤粉各 80 g， 分别倒入3个盛有1 L去离子水的烧杯中， 搅拌30 min 使煤粉充分分散，配置成 80 g/L 的不同粒度煤粉悬 浮液。 1.2 实验方法 a. 煤粉聚集特征观察 在 0、1、2、3、6、12、 24 h 时，观察不同粒度煤粉悬浮液的变化，包括悬 浮液颜色、分层、煤粉沉淀及上浮情况等，并用高 清晰数码相机进行拍照，定性表征粒度对煤粉聚集 的影响。 b. 悬浮液中煤粉含量测定 采用称重法测定 悬浮液浓度，用注射器抽取 0、3、9、15 min 中间 层悬浮液 50 mL，使用真空泵SHZ-DⅢ型循环水 真空泵过滤悬浮液。过滤选用定量滤纸，在过滤前 先放入真空干燥箱中，40℃恒温干燥 2 h，冷却至室 温，称量并记录滤纸的质量。将过滤后的滤纸及煤 粉放入真空干燥箱中， 在 40℃干燥 12 h 后称量并记 录滤纸和煤粉的质量，继续干燥 1 h 称量并记录其 质量，至滤纸和煤粉的质量恒定，然后，计算悬浮 液中煤粉含量。 c. 煤粉粒度测试 激光粒度测试是根据光的 散射原理测试颗粒大小。本文采用马尔文激光粒度 测试仪Mastersizer 2000对各组 0、3、6、9、12、 15 min 中间层悬浮液中煤粉的粒度进行测试。 d. 傅里叶红外光谱分析 傅里叶红外光谱用 于分析煤的化学结构及其变化，不同特征的吸收 峰表明不同基团的存在。煤样脱矿物质并研磨至 200 目75 μm， 以质量比为 1∶200 的煤样与溴化钾 混合，将混合物在玛瑙研钵中充分磨细混匀，将混 合物压成薄片。为了排除水分的影响，先将薄片放 入 60℃的烘箱中烘干 24 h 后， 再将薄片放入红外光 谱仪样品室进行扫描测试。 2 结果与讨论 2.1 煤粉聚集及沉降特征 粒度＞140 目、＞70140 目和＞5070 目的煤 粉在去离子水悬浮液中的聚集及沉降状态如图 1 所 示。不同粒径的煤粉悬浮液中煤粉的聚集特征随时 间的变化而变化。各组煤粉悬浮液初始状态均呈现 黑色，随着静置时间的增加，悬浮液皆出现分层现 象悬浮液面顶部的煤粉漂浮层、悬浮液中间的煤粉 悬浮层和悬浮液底部的煤粉沉降层，大量的煤粉聚 集到悬浮液面顶部和沉降到悬浮液底部，悬浮液渐 渐变得清澈。 粒度＞140 目的煤粉悬浮液在停止搅拌后的 0.5 h 内，煤粉悬浮液顶部有气泡出现，大量煤粉逐渐上 浮聚集在悬浮液面顶部，少量煤粉开始沉降到悬浮 液底部。在 1 h 时煤粉悬浮液最先出现明显的分层， 中间层呈灰黑色，随着时间推移，中间层颜色逐渐 变浅，在 24 h 时悬浮液中间层呈现透明状态，悬浮 液中间层几乎没有煤粉悬浮，悬浮液面顶部聚集大 量煤粉和气泡，厚度约 10 mm，悬浮液底部沉降少 量煤粉。 粒度＞70140 目的煤粉悬浮液在停止搅拌后 的 0.5 h 内，煤粉悬浮液顶部无气泡出现，一部分 煤粉逐渐上浮聚集在悬浮液面顶部，一部分煤粉 开始沉降聚集到悬浮液底部。 在 1 h 时煤粉悬浮液 分层不明显，中间层呈深灰黑色，2 h 时煤粉悬浮 液出现较明显的分层，随着时间推移，中间层颜 色逐渐变淡，在 24 h 时悬浮液中间层还有少量悬 浮的煤粉颗粒， 悬浮液面顶部聚集约 5 mm 厚的煤 粉，悬浮液底部沉淀的煤粉量与顶部聚集煤粉量 相当。 粒度＞5070 目的煤粉悬浮液在停止搅拌后的 0.5 h 内，煤粉悬浮液顶部无气泡出现，仅少量煤粉 逐渐上浮聚集在悬浮液面顶部，大量煤粉开始沉降 到悬浮液底部。在 1 h 时煤粉悬浮液出现较明显的 分层，中间层呈灰黑色，随着时间推移，中间层颜 色逐渐变浅，在 24 h 时悬浮液中间层悬浮有很少的 煤粉颗粒，悬浮液面顶部聚集约 3 mm 厚的煤粉， 第 5 期 魏迎春等 煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验 43 大量煤粉聚集沉降到悬浮液底部，底部沉降的煤粉 量比顶部聚集煤粉量多。 总之，在 3 种粒度煤粉悬浮液中，出现分层 的时间由早至晚依次粒度大于 140 目、粒度＞ 5070 目、粒度＞70140 目的煤粉悬浮液；24 h 时 悬浮液颜色由浅至深依次 粒度大于 140 目、 粒度＞ 5070 目、粒度＞70140 目的煤粉悬浮液；悬浮 液面顶部聚集煤粉厚度由大至小依次粒度大于 140 目、粒度＞70140 目5 mm、粒度为＞5070 目的煤粉悬浮液3 mm；悬浮液底部沉降煤粉量与 悬浮液面顶部聚集煤粉厚度相反。因此，粒度＞ 70140 目的煤粉较易悬浮在悬浮液中，而粒度大的 煤粉易沉降到悬浮液底部，粒度小的煤粉易聚集漂 浮在悬浮液面上。 图 1 不同静置时间不同粒度煤粉聚集及沉降状态 Fig.1 Aggregation and sedimentation states of coal fines with different particle sizes for different standing time 2.2 煤粉含量特征 粒度＞140 目、＞70140 目和＞5070 目的煤 粉在去离子水悬浮液中静置时间为 0、3、9、15 min 时悬浮液中煤粉含量见表 2。在 3 种粒度的煤粉悬 浮液中，静置时间相同，粒度＞70140 目的煤粉悬 浮液中煤粉含量最大，粒度＞5070 目的煤粉悬浮 液中煤粉含量最小。从表 2 看出，在停止搅拌的前 3 min 内，3 种粒度的煤粉悬浮液中煤粉含量变化最 大，粒度＞140 目、＞70140 目和＞5070 目的煤 粉悬浮液的煤粉质量浓度分别从 4.154 g/L 下降到 0.262 g/L、6.122 g/L 下降到 0.358 g/L、3.838 g/L 下降 到 0.258 g/L，煤粉质量浓度分别下降了 3.892、 5.764、3.580 g/L，其下降率分别为 93.7、94.2 和 93.3。停止搅拌 3 min 后，煤粉悬浮液中煤粉 含量下降缓慢，在 3 min 到 15 min 内，3 种粒度 的煤粉浓度分别从 0.262 g/L 下降到 0.104 g/L、 0.358 g/L 下降到 0.178 g/L、0.258 g/L 下降到 0.118 g/L，煤粉质量浓度分别下降了 0.158、0.180、 0.140 g/L。前 3 min 内为煤粉悬浮液中煤粉含量下 降最快的时间段， 说明不同粒度的煤粉在悬浮液中 上浮或下沉主要发生在前 3 min 内。在 15 min 时， 3 种粒度煤粉悬浮液中煤粉含量由小到大依次为粒 度＞140 目、粒度为＞5070 目、粒度为＞70140 目的煤粉悬浮液， 这与宏观观察煤粉悬浮液的分层 及煤粉悬浮液颜色一致。 不同粒度煤粉悬浮溶液中 煤粉含量均随着静置时间的增加呈现不同程度的 降低。 表 2 静置不同时间不同粒度煤粉悬浮液中煤粉质量浓度 Table 2 Mass concentration of coal fines with different particle sizes in suspension liquid at different resting time g/L 静置时间/min 粒度/目 0 3 9 15 ＞140 4.154 0.262 0.180 0.104 ＞70140 6.122 0.358 0.184 0.178 ＞5070 3.838 0.258 0.168 0.118 2.3 煤粉粒度分布特征 粒度＞140 目、＞70140 目和＞5070 目的煤 44 煤田地质与勘探 第 48 卷 粉悬浮液静置时间为 0、3、6、9、12、15 min 时， 悬浮液中煤粉粒度分布见表 3 和如图 2 所示。停止 搅拌后，静置 15 min 内，粒度＞140 目的煤粉悬浮 液中煤粉粒度分布曲线形态由初始的单峰变为双峰 再变为单峰。停止搅拌后，静置时间为 0、3、6、9、 12、15 min 时悬浮液中煤粉粒度分别为 300、240、 210、240、30、30 μm 以下。随着时间的推移，悬浮 液中煤粉的粒度整体逐渐减小。 到第 6 min 时悬浮液 中煤粉粒度分布曲线形态变为双峰，大颗粒煤粉增 多， 说明在悬浮液中间层分散的煤粉聚集， 形成大粒 度的煤粉聚集体。第 12 min 后悬浮液中煤粉粒度分 布曲线形态变为单峰， 大粒度的峰消失， 煤粉粒度在 30 μm 以下， 说明大部分大粒度的煤粉聚集体上浮到 悬浮液上或下沉于悬浮液底部，导致双峰变为单峰。 停止搅拌后，静置 15 min 内，粒度为＞70140 目的煤粉悬浮液中煤粉粒度分布曲线形态由初始 的单峰速变为双峰。静置时间为 0、3、6、9、12、 15 min 时悬浮液中煤粉粒度分别为 550、550、550、 600、600、550 μm 以下。随着时间的推移，悬浮液 中煤粉的粒度分布范围整体变化不大， 但不同时间， 不同粒度的煤粉占比有差别，粒度为 30100 μm 的 煤粉占比减少。静置时间为 0 min 时悬浮液中粒度 为 130 μm 的煤粉占比最大，静置时间为 3、6、9、 15 min 时悬浮液中粒度在 10 μm 左右和 200 μm 左 右的煤粉占比较大。悬浮液中粒度为 30100 μm 的 煤粉颗粒易于聚集成大颗粒煤粉聚集体，大颗粒煤 粉聚集体在形成的同时也下沉到悬浮液底部，聚集 和沉降速度相当。 表 3 悬浮液中煤粉粒度分布参数 Table 3 Distribution parameters of the size of coal fines in suspension liquid 不同粒度煤粉悬浮液 静置时间/minD10/μm D50/μmD90/μm 平均粒径/μm峰型 峰值强度/ 峰值对应粒径/μm 0 7 34 102 46 单峰 6.2 50 3 7 40 126 55 单峰 5.8 85 6 5 24 87 37 双峰 5.3/4.8 18/50 9 5 29 121 49 双峰 4.7/5.6 18/85 12 3 9 19 10 单峰 9.3 14 ＞140目 15 2 10 20 11 单峰 9.3 14 0 12 88 248 112 单峰 6.5 130 3 4 22 232 78 双峰 4.0/3.9 14/170 6 4 21 253 87 双峰 4.2/4.8 14/180 9 3 12 186 51 双峰 5.4/2.0 9/210 12 3 18 239 75 双峰 4.1/3.9 10/190 ＞70140目 15 3 12 221 58 双峰 5.3/3.0 11/210 0 6 52 361 16 双峰 3.2/3.7 20/300 3 5 22 371 106 双峰 4.4/3.7 17/340 6 3 12 57 38 双峰 5.8/1.4 10/290 9 3 10 44 31 双峰 5.8/0.8 9/290 12 3 9 39 36 双峰 6.2/1.2 7/290 ＞5070目 15 3 8 24 13 双峰 6.8/0.4 7/130 注3.2/3.7 或 20/300 表示双峰时 2 个峰值强度和 2 个峰值对应粒径，其他同；D10、D50、D90 分别表示累计粒度分布占比分别达 到 10、5和 9时所对应的粒径，其中 D50 又叫中值粒径。 停止搅拌后，静置 15 min 内，粒度＞5070 目 的煤粉悬浮液中粒度分布曲线形态均为双峰，随着 时间的推移，粒度小的峰强度逐渐增加，粒度大的 峰强度逐渐降低，悬浮液中煤粉的粒度分布范围整 体变化不大，总体在 0.4800 μm，但不同时间，不 同粒度的煤粉所占的比例有差别，粒度＞30 μm 的 煤粉逐渐减少。静置时间为 0 min 时悬浮液中煤粉 粒度主要分布在 10500 μm，静置时间为 3、6、9、 15 min 时悬浮液中煤粉粒度在 10 μm 左右的煤粉占 比较大。粒度＞30 μm 的煤粉随着时间的推移整体 逐渐减少。说明悬浮液中粒度＞30 μm 的煤粉颗粒 易于聚集沉淀到悬浮液底部，粒度＜30 μm 的煤粉 易于悬浮在悬浮液中。 根据静置 15 min 内悬浮液中煤粉粒度分布曲 线，将煤粉聚集及沉降过程分为 3 个阶段。第一阶 段为单峰变双峰阶段，煤粉快速上浮与沉降，不能 第 5 期 魏迎春等 煤层气开发中不同粒度煤粉的聚集沉降实验 45 图 2 不同粒度煤粉悬浮液中煤粉粒度分布曲线 Fig.2 Particle size distribution curve of coal fines with different particle sizes in suspension liquid 悬浮的煤粉颗粒迅速上浮或沉降，形成双峰粒度分 布曲线，且 2 个新峰位置对应的粒度分别小于和大 于初始峰位置对应的粒度；第二阶段为双峰变单峰 阶段，煤粉快速聚集及沉降，粒度 30100 μm 的煤 粉迅速减少，聚集成大粒度的煤粉聚集体并沉降， 大粒度对应的峰值强度迅速下降，最后消失，形成 小粒度的单峰， 新单峰位置对应的粒度小于 20 μm 小于原始的峰位置；第三阶段为单峰阶段，煤粉缓 慢沉降，悬浮液粒度分布趋于稳定。 在不同粒度的煤粉悬浮液中煤粉发生聚集及沉 降的情况不同。 在 3 种粒度的煤粉悬浮液中， 粒度＞ 140 目的煤粉在悬浮液中达到缓慢沉降阶段最快； 粒度＞70140 目的煤粉在悬浮液中聚集及沉降的 速度最慢，到达缓慢沉降阶段经历的时间最长；粒 度＞5070 目的煤粉在悬浮液中聚集沉降的速度介 于中间，其呈现特征与煤粉含量分布的结果一致。 2.4 煤粉的聚集沉降机理探讨 煤是由有机组分和无机矿物质组成，为非均质、 非晶态的混合物[20]。扩展的带电胶体粒子稳定理 论DLVO表明，在相同条件下，煤变质程度越高， 颗粒之间静电排斥能越小，疏水吸引能越大，越有 利于颗粒凝聚[21]。本实验所用煤样为变质程度较高 的瘦煤，为了从煤的有机分子结构方面揭示煤粉的 聚集及沉降机理，利用傅里叶红外光谱分析，研究 煤粉的化学结构及相关基团。由图 3 可知，在 750、 810、870、1 600 及 3 050 cm–1处出现的峰为芳香结 构吸收峰，在 1 450、2 850、2 920 cm–1处出现的峰 为脂族结构吸收峰，在 1 680、3 400 cm–1处出现的 峰为羧基、羟基等含氧官能团吸收峰。从红外光 谱分析可以看出，煤样含有大量的脂肪烃烷烃 和芳香烃等疏水性基团，较少的羧基、羟基等亲 水性含氧官能团，因此，煤样疏水性强，煤粉的 润湿性低[22-23]。粒子之间的相互作用力可用扩展的 DLVO 理论来解释，其总相互作用能由范德华吸引 能、疏水/亲水相互作用能和电双层排斥能组成[17]。 煤颗粒之间总势能表现为吸引作用，疏水吸引势能 高于静电势能及范德华势能，且疏水吸引能超过了 静电势能及范德华势能 34 个数量级，对煤粉悬浮 液的稳定性起决定作用[21]。不同粒度的煤粉在悬浮 液中的聚集情况不同，通过实验观察粒度为＞70 140 目及＞5070 目的煤粉悬浮液顶部比粒度＞140 目的煤粉悬浮液顶部漂浮的煤粉量少。煤粉粒度越 小，悬浮液顶部漂浮的煤粉量越多。分析认为，随 着煤粉粒度的减小，其比表面积显著增大，疏水性 逐渐增强[24-25]，煤粉表面吸附大量空气，在煤粉表 面形成气膜，同时小颗粒煤粉间相互吸附聚集，颗 粒吸附时内部形成很多微孔隙，导致粒度小的煤粉 易聚集漂浮在悬浮液面上。随着煤粉粒度的增大， 亲水性逐渐增强[23-24]，其下沉到悬浮液底部煤粉量 越多。由于煤粉颗粒的密度大于去离子水的密度， 且煤粉的粒度越大，其比表面积越小，煤粉颗粒所 受的重力大于水对颗粒的浮力，因此，粒度大的煤 粉易发生沉降。 46 煤田地质与勘探 第 48 卷 图 3 煤样的傅里叶红外光谱 Fig.3 FTIR spectrum of the coal sample 3 结 论 a. 不同粒度的煤粉悬浮液中煤粉的聚集和沉 降特征不同。随着静置时间的增加，各粒度煤粉悬 浮液的颜色均不同程度地变浅，逐渐出现分层，其 中，粒度＞140 目的煤粉悬浮液最先出现分层。在 3 种粒度煤粉悬浮液中，煤粉粒度越小，煤粉悬浮 液顶部漂浮的煤粉量越多；煤粉粒度越大，其下沉 到煤粉悬浮液底部的煤粉量越多。静置 15 min 时， 不同粒度煤粉悬浮液中煤粉含量不同。 不同粒度煤 粉悬浮溶液中煤粉含量均随着静置时间的增加呈 现不同程度的降低；在停止搅拌后 3 min 内是煤粉 悬浮液中煤粉含量下降最快的时间段，粒度＞ 70140 目的煤粉悬浮液中煤粉含量最大。 b. 根据不同粒度煤粉悬浮液中煤粉粒度分布 曲线，将煤粉聚集及沉降过程分为 3 个阶段单峰 变双峰阶段煤粉快速上浮及沉降、双峰变单峰阶 段煤粉快速聚集及沉降和单峰阶段煤粉缓慢沉 降。粒度＞140 目的煤粉在悬浮液中最先达到缓慢 沉降阶段；粒度＞70140 目的煤粉在悬浮液中聚集 及沉降的速度最慢，到达缓慢沉降阶段经历的时间 最长。 c. 从煤粉的受力、 扩展的 DLVO 理论及煤粉的 有机分子结构方面探讨了煤粉的聚集沉降机理，随 着煤粉粒度的减小，其比表面积显著增大，煤粉表 面吸附大量空气，同时，小粒度的煤粉颗粒间相互 吸附聚集，颗粒吸附时内部形成很多微孔隙，导致 粒度小的煤粉易聚集漂浮在悬浮液面上。煤粉颗粒 的密度大于去离子水的密度，且煤粉的粒度越大， 其比表面积越小，煤粉颗粒所受的重力大于水对颗 粒的浮力，因此，粒度大的煤粉易发生沉降。查明 不同粒度煤粉的上浮、下沉及悬浮情况，为煤层气 开发中采取适宜的煤粉管控措施提供依据。 请听作者语音介绍创新技术成果 等信息，欢迎与作者进行交流 参考文献References OSID 码 [1] 陈振宏， 王一兵， 孙平. 煤粉产出对高煤阶煤层气井产能影响 及其控制[J]. 煤炭学报，2009，342229–232. 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