粒状煤和块状煤等温吸附CH4试验研

为探究不同尺寸煤样吸附瓦斯特性的差异,以漳村矿3#煤为研究对象,利用自主研制的多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置,开展粒状煤和块状煤的等温吸附试验,测定不同吸附压力下的吸附量和变形量。试验结果表明:在相同的吸附平衡压力下,吸附量随煤样粒径的增大而减小;粒状煤吸附瓦斯的能力大于块状煤,原因是粒状煤的有效比表面比块状煤大,增加的微孔吸附瓦斯使得煤吸附瓦斯量增加。块状煤的变形量随吸附平衡压力而增大,但增加量逐渐减小。经讨论分析可知:煤体吸附膨胀变形是煤基质吸附膨胀和气体压力压缩共同作用的结果;粒状煤测定的吸附常数应用到煤层数值模拟中会引起一定的误差。     

块状型煤中甲烷的非等温吸附-解吸试验研究

为揭示煤中甲烷非等温吸附解吸规律,利用实验室试验方法,以块状型煤为研究对象,研究不同温度和压力下的甲烷吸附解吸过程。试验结果表明:相同温度条件下,随着压力的增高,吸附量增加并逐渐趋于平缓;同一压力下,解吸量小于吸附量,解吸出现滞后现象;相同条件下,型煤吸附量小于煤粉试样。不同温度区间,吸附解吸规律不同。在10～30℃,同一压力下,随着温度的升高,吸附量和解吸量下降幅度较大;在30～50℃,吸附量和解吸量出现先升高后降低的趋势,但变化幅度较小,温度变化对于吸附量和解吸量的影响较小。在10～30℃,温度是影响吸附解吸的主要因素。     

煤体吸附CH_4及CO_2热力学特性试验研究

为揭示煤吸附CH_4和CO_2热力学机制,选取新疆硫磺沟的煤样进行不同温度下的CH_4和CO_2等温吸附试验,利用Langmuir、Freundlich、D-R吸附理论模型对等温吸附曲线进行拟合,基于吸附势能理论研究煤样吸附CO_2和CH_4的热力学特性。研究表明:不同温度条件下煤样吸附CH_4和CO_2曲线均符合Langmuir、Freundlich、D-R模型;CH_4和CO_2吸附势能均随着吸附量增大而降低,其等量吸附热和吸附熵变均随着吸附量增加呈上升趋势,并且CO_2的吸附势能、吸附热、吸附熵变均大于CH_4;CH_4和CO_2吸附熵随温度升高总体呈降低趋势,其吸附势能不仅受表面力场影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;CO_2等量吸附热受分子间竞争及微孔填充的影响。吸附热力学参数能用来表征煤体吸附特性,可从热力学角度揭示煤体表面竞争吸附的实质。     

煤吸附硫化氢混合气体的试验研究

为研究煤层硫化氢(H2S)吸附特性,厘清煤层H2S赋存规律及改善H2S防治效果,采用分压测试法研究煤对H2S的吸附规律.以山西保利铁新煤业有限公司9#煤为研究对象,分别使用N2,He/H2S,N2/H2S为吸附介质开展等温吸附试验,分析煤对H2S及含H2S混合气体的吸附特性及影响因素.结果表明:煤对H2S的吸附量随压力...     

实体煤赋存环境下微生物降解煤吸附甲烷试验研究

为进一步优化和完善基于煤吸附瓦斯微生物治理的基础方法,自主研制了模拟实体煤赋存环境下煤吸附甲烷微生物降解试验装置。从煤矿回风巷土壤中分离出一株Ty PeⅠ型Methylomarinum属甲烷氧化菌,通过定量、连续地控制加载轴压,将菌种以高压菌液的方式注入煤体试件内,研究其对不同煤样吸附甲烷的降解效能,并分析甲烷氧化菌特征代谢产物之一CO2体积的变化。结果表明:在轴压1~5 MPa范围内,甲烷降解率前期受轴压影响较大,后期趋于平缓;加载相同轴压下的对比试验表明,普氏系数越大、甲烷降解率越高;甲烷的消耗体积和CO2的生成体积大致符合12:1的比例。     

煤吸附CO_2体积影响因素试验研究

为研究煤吸附CO_2在多因素耦合作用下体积的影响因素,采用HCA高压容量法测定不同条件煤样对CO_2吸附量影响,并计算Langmuir体积,分析温度、粒径、含水率3种因素耦合影响煤对CO_2吸附程度,通过Design Expert软件设计Box Behnken试验,构建煤吸附CO_2的Langmuir体积二次回归响应曲面模型。结果表明:吸附量随温度、粒径增加而减小,随含水率升高呈先减小后稳定的趋势;影响因素中温度、粒径、含水率各单因素均为显著影响;多因素作用时影响程度大小依次为:粒径和含水率温度和粒径温度和含水率,温度和粒径、粒径和含水率之间交互作用显著,温度和含水率之间交互作用不显著。     

等压扩散和高压注入条件下CO_2对煤中CH_4置换效应

为了揭示注气压力对置换煤层瓦斯效应的影响,开展了等压扩散和高压注气2种条件下CO_2对煤中CH_4置换试验研究。试验结果表明:在置换源气体充入量相等的条件下等压扩散试验中CO_2对煤中CH_4的置换量大于高压注气试验的置换量,且等压扩散条件下CO_2置换CH_4效率维持在0.44 cm~3/cm~3左右,而高压注气条件下CO2置换CH_4效率却随注入量的增加而持续增加,但其增加率逐渐衰减。等压扩散条件下吸附平衡后系统总压略有下降,降幅一般为8%左右;高压注气条件下吸附平衡后系统总压呈持续上升规律,最大增幅为60%。研究成果对该项技术工程应用的启示是:井下煤层注气置换/驱替煤层瓦斯时,不一定要追求高的注气压力,采用低压注气也可收到良好的促排瓦斯效果,又能大幅度提高注气的安全可靠性。     

CO_2/CH_4在煤储层中扩散规律的分子动力学模拟

为明确CO_2与CH_4混合气体在煤中的扩散规律,建立不同宽度的石墨狭缝结构模型代替复杂的煤结构,运用分子动力学方法,研究CO_2与CH_4浓度比、温度、气体压力和储层孔径等因素对甲烷扩散性能的影响。研究结果表明:随着CO_2浓度的增大,甲烷的扩散系数降低;随着气体压力的增大,甲烷的扩散能力以及扩散系数均有明显的降低,但降低速率趋于平缓;较高的温度有助于甲烷的扩散,但作用效果并不明显;随着储层孔径的增大,甲烷的扩散系数越大。扩散系数与孔径呈现对数函数关系,与压力、CO_2浓度和温度呈指数函数关系。出现上述结果的主要原因是CH_4和CO_2的竞争吸附,以及甲烷分子和狭缝表面之间范德华力的不同造成的。     

变质程度对CO_2置换煤中CH_4效应的影响规律

为研究变质程度对CO_2置换煤中CH_4效应的影响规律,选用了无烟煤、瘦煤和气肥煤3种不同变质程度的煤样,在CH_4吸附平衡压力分别为0.75 MPa和1.3 MPa的条件下,进行了高压注CO_2置换煤中CH_4实验。实验结果表明:初始CH_4吸附平衡压力相同的条件下,CO_2的注气压力越大(即注入量越大),CO_2对CH_4的置换量越大,置换率也越大,同时吸附置吸比也越大;初始CH_4吸附平衡压力越高,注气后达到相同压力下的置换量越小,置换CH_4越困难。煤的变质程度对置换效应的影响规律为,煤的变质程度越高,CO_2对CH_4的置换量越大,但CO_2对CH_4置换率却随之减小,说明低变质程度煤中的CH_4更容易被置换。     

含CH_4煤岩注CO_2后力学性能及渗透性能试验研究

为观察含CH_4煤岩注入CO_2后力学和渗透性能的变化,用自制三轴吸附解吸渗流试验装置开展试验,研究型煤试件内气体种类和注气压力对注CO_2煤岩强度、渗透性和应变等参数变化的影响。试验结果表明:含CH_4煤岩注入CO_2后,单轴压缩应力-应变曲线与未注入CO_2的总体变化趋势相同,但煤岩强度等参数随注气压力的变化而变化。注入等孔隙压CO_2后,含CH_4煤岩的强度和弹性模量均明显上升,但煤岩中CH_4渗透率呈现下降趋势;随着CO_2注入压力的增加,煤样的强度和弹性模量逐渐下降,而CH_4渗透率逐渐增强,注气压力每增加1 MPa,煤岩强度平均下降0.095MPa,CH_4气体渗透率平均增加1 m D。     

低温阶段煤吸附C2H4的吸附特性研究

为研究煤矿采空区封闭区遗煤吸附C₂H₄的演化特征,以宁夏灵新煤矿不粘煤为研究对象,采用容量法进行煤吸附C₂H₄试验,分析温压与粒径对煤吸附C₂H₄过程中的吸附量、吸附速率和吸附热力学等特征变化的影响。研究表明：当温度为30～60℃、压力为0.15～0.45 MPa、粒径为20～120目时,无论是温度降低、压力升高还是粒径减小,C₂H₄的吸附量均增加;吸附过程随时间由快变慢,进而趋于平衡,吸附速率快速趋于0;温度与粒径不变,平衡压力越大吸附速率越大;温度与压力不变,粒径越小吸附速率越快。吸附量相同,粒径越小等量吸附热越低;各粒径煤样吸附C₂H₄的等量吸附热为0.69～40.23 kJ/mol,属于物理吸附。引入压力修正系数进行拟合,温度不变,压力和粒径与吸附自由能降低值呈正比关系;粒径不变,温度与吸附自由能降低值呈反比关系。各粒径煤样吸附C₂H     

多元可燃气体对CH_4爆炸及其自由基发射光谱影响试验

为探究矿井火区多元可燃气体对CH_4爆炸特性的影响,采用20 L多功能球形气体爆炸试验装置开展爆炸试验,采集爆炸压力参数;通过数字示波器得到CH_4爆炸关键自由基OH~*和CH_2O~*的发射光谱信息;从宏观、微观2方面分别分析多元可燃气体对CH_4爆炸特性的影响,并将两者进行关联对比。研究表明:多元可燃气体对CH_4爆炸的影响因氧气含量不同呈现不同特征,贫氧状态下多元可燃气体含量的增加对CH_4爆炸起到抑制作用,随着氧气含量的增加抑制作用逐渐减弱,最后达到富氧状态时变为促进作用;关键自由基发射光谱的相对强度与其对应的爆炸压力参数变化特征基本一致;不同自由基虽然在参与反应过程中整体变化趋势相同,但是受到氧气含量影响程度不同,相对于OH~*而言CH_2O~*在整个反应过程中更易受到氧气含量的影响。     

煤吸附氧的过程特性研究

分析了煤吸附氧的动态变化过程并将其划分为活性吸附阶段、变能级吸附阶段和趋势化吸附阶段 ;测试了不同变质程度典型煤样的吸氧过程曲线 ,得出了滞后时间和斜率常数是煤表面位置能分布及空隙结构特性的表征量。分别由吸附动力学理论及煤氧吸附过程曲线推导了煤吸氧速度方程 ,建立了煤吸氧过程特性的数学描述模型 ,得出了煤的吸附活化能与覆盖度之间存在着对数关系。特别指出吸氧速度是煤表面与氧结合性质的度量因子 ,在一定程度上量化了煤的自燃活化性能。     

硫化氢对不同煤级煤甲烷吸附影响效应研究

为探究H₂S在不同煤级煤体中对CH₄吸附特性的影响效应,利用分子模拟构建肥煤、瘦煤及贫煤3种不同煤级的复杂煤大分子结构模型,并探究H₂S对煤体孔隙的影响作用以及H₂S在煤中的吸附特性,分析不同煤级煤体中H₂S对CH₄饱和吸附量的影响作用。结果显示：煤体表面积与孔隙体积与煤变质程度有关,由大到小依次为肥煤、瘦煤、贫煤;在煤体吸附H₂S过程中,煤体表面及孔隙为H₂S提供吸附场所,且H₂S对贫煤孔隙率影响较为明显;在同温同压条件下,H₂S在同一煤体中的吸附热约为CH₄的1.5倍,在对CH₄及H₂S的双组分气体吸附中,煤体对H₂S的吸附能力大于CH₄;煤体H₂S质量分数在0～1.5%变化区间内,贫煤的Langmuir吸附常数a降幅高达77.4%,肥...     

痕量邻苯二甲酸酯在有机沸石上的等温吸附研究

用一定量的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠混合对天然沸石改性,制备了CTMAB改性沸石和SDS/CTMAB改性沸石两种有机改性沸石.采用静态吸附法研究了水中痕量邻苯二甲酸酯在天然沸石、CTMAB改性沸石、SDS/CTMAB改性沸石上的等温吸附情况和吸附机理.结果表明,天然沸石对邻苯二甲酸酯的吸附等温线呈非线性,为表面吸附;两种有机沸石的等温吸附曲线呈线性,主要为分配作用所致,分配作用的大小与有机碳含量、改性的表面活性剂种类有关.     

深部环境煤的瓦斯吸附规律研究

为了摸清深部环境下瓦斯赋存的规律性,文章从高温环境、高压环境、变质程度和埋藏深度等因素着手,研究深部环境下瓦斯吸附特征,并得出了相应的结论。研究成果为我国深部开采过程中的瓦斯治理提供必要的数据支持,具有十分重要的现实意义。     

低温低压下煤微孔吸附特性研究

为探究煤及瓦斯突出的动力来源与煤微孔吸附的关系,利用物理化学吸附仪,开展煤样低温氮吸附试验;采用非线性拟合方法分析试验数据,根据微孔填充和多分子层吸附理论,分析煤的微孔填充与介孔表面吸附的分界点;利用杜比宁-拉杜什科维奇(D-R)方程和理想气体状态方程,计算煤的微孔填充率、气体在解吸过程中的压力。结果表明:煤中微孔填充现象和多分子层吸附的分界点是相对压力为0. 01;煤的微孔内有超过48%的体积被气体填充,这些气体在解吸过程中产生的压力在30. 38 MPa以上,这一压力作用于煤体,会导致煤体破碎,诱发大量气体释放,为煤与瓦斯突出提供动力来源。     

突出危险型煤瓦斯等温解吸试验研究

为深入研究突出危险煤瓦斯解吸特征,以块状型煤为研究对象,开展瓦斯等温吸附和解吸试验,分析解吸试验过程中最小平衡压力对解吸过程吸附常数的影响,探讨瓦斯吸附和解吸过程的可逆性、合理的解吸试验压力条件及其数据处理方法。结果表明:最小平衡压力对解吸过程吸附常数拟合结果影响较大;突出危险型煤在实验室条件下,等温吸附/解吸瓦斯过程有典型的可逆性,解吸过程有滞后性;等温解吸曲线仍服从Langmuir方程;为使解吸试验结果可靠性更高,拟合中应考虑解吸完全时的状态,即解吸平衡压力为0 MPa、残余吸附量为0 m L/g时的数据;解吸试验过程中,最小平衡压力不宜高于0.51 MPa。