【摘 要】
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以鸡西、鹤岗矿区三种典型构造煤—碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤为研究对象,利用等温吸附实验研究了构造煤的吸附解吸特征,利用低温液氮、CO2吸附实验表征了构造煤的孔隙结构,利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱实验分析了构造煤的化学结构,揭示了构造煤孔隙、化学结构对其吸附-解吸特征的影响机制。主要成果如下:总结了三种类型构造煤的CH4吸附-解吸特征。各样品的等温吸附曲线呈现出类似的变化特征,均具有
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以鸡西、鹤岗矿区三种典型构造煤—碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤为研究对象,利用等温吸附实验研究了构造煤的吸附解吸特征,利用低温液氮、CO2吸附实验表征了构造煤的孔隙结构,利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱实验分析了构造煤的化学结构,揭示了构造煤孔隙、化学结构对其吸附-解吸特征的影响机制。主要成果如下:总结了三种类型构造煤的CH4吸附-解吸特征。各样品的等温吸附曲线呈现出类似的变化特征,均具有先快速上升而后缓慢提升的趋势,绝对吸附量及过剩吸附量整体上与压力呈单调递增关系。Ono-Kondo格子模型和Langmuir模型拟合结果均显示,随着煤体破坏程度增加,煤的最大吸附量不断增大。随着变形程度的增加,构造煤吸附解吸可逆性逐渐减小。表征了三种类型构造煤的孔隙结构及化学结构。随着煤体破坏程度增加,构造煤总孔容、总孔比表面积均呈增大趋势,其中微孔的增长幅度最大。各样品均以楔形孔为主,糜棱煤中除楔形孔外还存在一定数量的墨水瓶形孔。极微孔具有明显的分形特征,从碎裂煤到糜棱煤,其体积分形维数DV及比表面积分形维数DS均逐渐增大,孔隙结构发育愈加复杂;随着变形程度的增加,构造煤脂肪侧链及含氧官能团逐渐脱落,芳构化作用及缩聚作用逐渐增强,煤晶核尺寸整体增大,其形态趋于扁平化。探讨了孔隙结构及化学结构对构造煤CH4吸附-解吸特征的影响机制。从碎裂煤到糜棱煤,极微孔表面粗糙度的增加使得吸附点位数量增多,表现为分形维数与极限吸附量的同步增大。煤大分子结构演化一方面改造了孔隙结构,增加了微、介孔数量,增大了气体吸附空间,另一方面改变了自身的芳核结构,增大了其与甲烷分子间的作用力,从而增强了吸附能力。随着煤变形程度增大,超微孔含量不断增加,更多赋存于其内的甲烷气体分子因孔口变窄而难以从中解吸,进而增加了解吸迟滞程度。半封闭孔数量的增加及墨水瓶形孔的出现降低了介孔的连通性,使得吸附解吸不可逆程度增大。本文共计4.8万字,含图38幅,表25张,参考文献132篇
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