环境温度对废弃矿井遗煤吸附瓦斯特性影响

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在诸多因素的影响下,我国大量煤矿被关停成为废弃矿井,这类矿井仍蕴藏大量资源可供开发利用,其中以遗煤及瓦斯资源最具代表性。井下遗煤自煤层揭露至矿井废弃过程中所处的环境温度不断变化,而温度又是影响煤吸附瓦斯特性的敏感指标之一。为了探求环境温度变化对遗煤吸附特性的影响,为建立废弃矿井遗煤吸附态瓦斯储量计算模型奠定基础,本文从温度对煤的孔隙结构改造和吸附性能影响两方面着手,在分析废弃矿井遗煤所处环境温度演变基础上,采用扫描电镜、压汞、低温液氮吸附等手段,从定性、定量的角度研究温度对煤的孔隙结构改造效应;在“不同环境取芯过程煤芯瓦斯放散特性模拟测试系统”实验装置上,模拟废弃矿井遗煤环境温度变化过程中晋城矿区3号煤层煤样吸附瓦斯特性,结合温度对煤的孔隙结构改造效应,研究环境温度对遗煤吸附瓦斯特性影响机制。获得的主要结论如下:温度对煤的孔隙结构具有显著改造效应。随着温度的升高,大孔孔体积由0.0249 mL/g增至0.0454 mL/g,孔隙发育良好,微孔比表面积由2.6836 m2/g减至0.7250 m2/g;大孔径段孔隙分形维数D1随着温度的增加呈现出逐渐增大的趋势,小孔径段孔隙分形维数D3随温度的增加而减小,即:温度越高,煤的大孔径孔隙分形维数越大,孔隙愈发育,有助于煤层中气体的运移,小孔径段孔隙分形维数随煤样温度的增加而减小,微小孔的孔隙结构愈发规则,煤体吸附瓦斯能力减弱。同吸附压力下,煤样吸附甲烷量随着温度的升高呈现出减小趋势,且减小的幅度逐渐增强。煤样的吸附速率随着环境温度增加而相应减小,温度升高,气体分子活跃,易从煤体表面脱附,吸附越困难,甲烷分子吸附速率减小。煤中大孔径段孔隙随着温度的增加逐渐增多,孔体积增大,增加了气体分子运移通道;小孔径段孔隙则随温度增高呈减小趋势,微孔比表面积减少,致使煤样的吸附能力减弱。为此,建立废弃矿井遗煤的吸附态瓦斯储量时,不应忽略温度对煤孔隙结构及瓦斯吸附能力的影响。
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