基于吸附势理论的构造煤甲烷吸附性研究

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煤岩甲烷吸附性影响因素很多,包括自身的因素,如孔隙、粒径、比表面积等,还有温度、压力以及动力变质作用等外界因素。但构造煤由于自身强度低、孔隙比较发育、吸附能力强、解吸快以及渗透性低等特殊的性质,使其成为煤与瓦斯突出根本原因,同时也是制约煤层气抽采的关键因素,因此研究构造煤中的甲烷吸附特性有重要的实际意义。  本文从吸附势理论出发,结合淮南潘一矿11-2煤层煤样的甲烷等温吸附实验,绘制甲烷吸附特征曲线,建立温度-压力综合吸附模型,并通过模型预测10℃、30℃、50℃和70℃构造煤甲烷吸附量,同时选取鹤壁六矿、平煤八矿的不同变质程度和破坏类型的煤以及活性炭进行甲烷等温吸附实验,分析实验数据,建立甲烷吸附特征曲线,通过固定吸附体积的方法,对比这些样品吸附特征曲线,分析不同样品吸附势的大小,其研究的主要结论如下:  (1)在室温30℃和中低压下条件下,煤样的甲烷等温吸附实验结果表明:整体上随着平衡压力的增大,构造煤比共生的原生结构煤显示出更强的甲烷吸附能力,构造煤甲烷吸附量更大,但两者相差不大。在1.5Mpa以后,构造煤的甲烷吸附能力优势才逐渐显现。  (2)温度-压力综合吸附模型的预测结果表明:在相同平衡压力下,随着温度从10℃逐渐上升到30℃、50℃和70℃,构造煤和原生结构煤甲烷吸附量均下降,温度对煤体的甲烷吸附能力影响很大;在相同温度下,随着平衡压力的增大,构造煤的甲烷吸附量整体上比原生结构煤大,构造煤的甲烷吸附能力要强于原生结构煤。  (3)在相同变质程度(肥煤或贫瘦煤)和吸附体积下,整体上来说,随着煤破坏程度从Ⅰ~Ⅱ类煤到Ⅳ~Ⅴ类煤,也即随着破坏程度的增大,其甲烷吸附势也响应的增大,即构造煤比原生结构煤整体上甲烷吸附势大,吸附能力更强,但贫瘦煤阶段吸附势相差不大,肥煤阶段却差异明显。  (4)在相同的破坏类型下(Ⅰ~Ⅱ类或Ⅳ~Ⅴ类),当吸附相体积为0.01cm3/g时,肥煤的甲烷吸附势约10000J/mol,而贫瘦煤的甲烷吸附势约16000J/mol,随着变质程度的增高(肥煤到贫瘦煤),在相同的吸附体积下,贫瘦煤的甲烷吸附势比肥煤的大。
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