低煤级煤平衡水条件下的吸附实验

基于13个镜质组最大反射率小于0.65％的低煤级煤样平衡水条件下的高压等温吸附实验,分析了低煤级煤的朗格缪尔常数与平衡水分、煤级、显微煤岩组分、比孔容和比表面积之间的关系,揭示了低煤级煤的吸附特征与中、高煤级煤之间的差异,探讨了低煤级煤的吸附机理。     

温度对平衡水分煤样吸附常数影响的实验研究

基于两组平衡水分煤样的高压等温吸附实验,探讨了煤的吸附常数与温度的关系,并与前人的研究结果进行了对比．实验表明：平衡水分煤样条件下,饱和吸附量随温度的升高变化趋势不明显,总体略有下降;干燥煤样条件下,饱和吸附量随温度的升高变化幅度较大,下降明显．平衡水分煤样和干燥煤样得出的结果相差较大．由于平衡水分煤样更接近实际煤储层,因此研究煤的吸附性能时,建议采用平衡水分煤样．     

高阶煤的吸附性能及其影响因素——以沁水盆地柿庄区块为例

对沁水盆地柿庄区块48件煤样进行煤岩测试、工业分析和平衡水等温吸附实验,分析了柿庄区块煤储层的吸附性能,探讨了高阶煤储层吸附性能的影响因素。实验表明,柿庄区块煤储层吸附能力较大,3号和15号煤平均兰氏体积分别为31.84 m3/t和33.00 m3/t,2层煤的兰氏压力中等偏低。研究表明,煤级是影响煤储层吸附能力的主控因素,兰氏体积随煤级的增大而增大,但当Ro大于3.2%时,兰氏体积逐渐下降。煤的吸附能力与镜质组含量呈正相关,与惰质组含量呈负相关,煤中水分和矿物的存在会降低煤储层的吸附性能。研究区兰氏压力的变化与兰氏体积相似。     

河北省煤储层物性特征分析

根据煤田地质勘探实测资料,结合汞孔径测试、扫描电镜显微裂隙观测、煤层气试井分析成果及等温吸附曲线,分析河北省煤储层物性特征。结果显示：煤层饱和吸附量受煤级控制,煤级增加,吸附能力增大;随煤层埋深增加,煤层含气量和甲烷体积分数均呈增大趋势;中孔在褐煤中比较发育,而在其他煤级中例外;储层中宏观裂隙与宏观煤岩类型关系密切;显微裂隙发育程度镜煤好于亮煤,低煤级煤好于高煤级煤;峰峰、万全、大城矿区试井渗透率较高,开平煤田不同地区煤储层渗透性变化较大。该研究为河北省煤层气的合理开发提供了依据。     

煤吸附研究现状与展望

煤的吸附与煤的氧化风化、燃烧与自燃、矿井瓦斯含量等有直接关系。本文介绍了近年来关于煤吸附气体以及液体的相关研究,并对于煤的吸附性的研究与应用进行了展望。     

煤与页岩低温氮吸附孔隙结构特征与分形特征对比——以阳泉地区山西组15#煤与页岩为例

以山西组高煤级煤与页岩样品为例,通过低温氮气吸附实验研究了样品的孔隙结构特征,并基于FHH分形模型计算了样品的分维值,对页岩与煤层的孔隙分形特征进行了对比研究。结果表明:页岩样品以微孔为主,同时含有一定量的过渡孔,主要的储集空间由微孔和过渡孔提供。高煤级煤样品以过渡孔为主,主要的储集空间由过渡孔提供。在测试孔径范围内,页岩样品的比表面积远大于高煤级煤。页岩的孔隙形态上以四周开放的平行板孔和裂缝型孔为主,具有部分细颈瓶孔,高煤级煤的孔隙形态以封闭型孔为主,反映页岩储层微观渗流能力更强,可能是页岩中游离气比例高于煤层的原因之一。页岩与高煤级煤均具有显著的分形特征,页岩样品分维值高于高煤级煤,说明页岩孔隙的空间结构比高煤级煤更为复杂,非均质性更强;同时二者均具有双重分形特征,页岩渗流孔分维值低于吸附孔,反映页岩吸附孔孔隙结构更为复杂。与页岩相比,高煤级煤渗流孔和吸附孔的分维值均小于页岩,孔径分布集中于过渡孔,有利于煤层气快速到达产气高峰;而页岩孔径分布则集中于微孔和过渡孔,吸附气含量更高,并且过渡孔的孔隙结构以平行板孔为主,孔隙结构特征较微孔简单。     

煤吸附特性的研究

描述了煤吸附瓦斯气体的全过程，叙述了煤层气（瓦斯）主要吸附理论，得出了影响煤吸附能力的主要因素。     

煤吸附水特性的研究

主要分析了煤吸附水的机理及其对吸附瓦斯的影响。分析表明,煤对水分子的吸附从本质上是由于水分子与煤表面分子相互吸引的结果,它们之间的作用力主要包括van der Waals力和氢键。van der Waals力来源于原子和分子间的色散力、取向力(静电力)、诱导力和交换力4种作用。由于水分子与煤表面分子的作用力比较强,煤中水分的存在降低了煤的甲烷吸附量。     

低渗煤中氮气与二氧化碳气体吸附的表征模型

地质领域常以等温吸附试验为研究方法,探究煤中气体之间的吸附行为。以刘庄矿13煤为研究对象,开展了N₂、CO₂气体吸附实验,在综合分析拟合回归系数平方R²、模型计算值与实验值的残差平方和v与相对误差s的基础上,选出低渗煤中气体吸附的最佳吸附模型。结果表明：对于低渗煤中N₂吸附的模型拟合精度由高到低为：优化L模型>优化D-A模型>优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型;对于低渗煤中CO₂吸附的模型拟合精度由高到低为：优化L模型>优化D-A模型=优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型。实验结果可作为低渗煤层中气体吸附及CO₂封存提供地质依据。     

注入CO_2提高煤层气井产能技术的作用机理

向煤层中注入CO2可以提高煤层气采收率(CO2-ECBM)。这一技术目前已在国内外得到验证。中文介绍了该技术的作用机理在于CO2与CH4在煤体内的竞争吸附过程中处于优势,能够将吸附态的CH4置换为游离态。从煤级、煤的有机显微组分、煤储层渗透率、煤基质的吸附膨胀和煤层含水性5各方面介绍了这一技术的影响因素。指出了未来需要关注的方向。     

木素磺酸盐在煤--水界面的吸附性能

为了解木素磺酸盐作为添加剂对水煤浆成浆性能的影响，通过测定其在煤一水界面的吸附等温线研究了木素磺酸盐的相对分子质量、金属阳离子溶液及煤水悬浮液pH值、温度和搅拌时间对木素磺酸盐在煤一水界面吸附性能的影响．结果发现：木素磺酸盐的相对分子质量越高，吸附量越大；一价金属离子木素磺酸盐在煤表面的吸附更为容易，吸附量也较大；pH值、温度、搅拌时间均会影响木素磺酸盐在煤表面的吸附，是制浆中应该着重控制的参数．实验中还以不同相对分子质量木素磺酸盐的吸附为对象研究了其吸附类型，发现其吸附第一平台遵循Langmuir吸附模型，并初步探索了其吸附强度差的原因。     

煤吸附瓦斯的本质

利用煤大分子结构研究的最新成果,根据分子热力学和表面物理化学的理论,对矿井瓦斯气体在烘表面的吸附本质进行了分析,并对主要瓦斯气体与煤表面的相互作用力进行了估算,结果与实测的吸附热数据基本一致。     

煤低温氧化与吸氧试验研究

为了研究煤低温氧化与吸氧的关系问题,采用煤低温氧化实验装置和ZRJ-1型煤自燃倾向测定仪,对褐煤、烟煤和无烟煤进行了低温氧化和吸氧实验研究.结果表明,在某一温度下吸氧量不能衡量其低温氧化能力.烟煤和无烟煤,吸氧过程都有从物理吸附到化学吸附的过渡阶段;而易低温氧化的褐煤,没有从物理吸附到化学反应的过渡阶段.煤的吸附过程和氧化过程是两个既有联系又有区别的过程,煤在确定温度下的吸附过程是很快的,氧化过程是缓慢的;煤的吸附是发生氧化的前提,氧化是煤吸附氧气的结果.该成果对研究煤低温自热氧化机理有一定参考价值和指导意义.     

不同煤体结构高阶煤基质的甲烷吸附实验研究

为研究不同煤体结构高阶煤基质的甲烷吸附特征,降低在地下开采构造软煤层时,发生煤与瓦斯突出风险;提高构造软煤层煤层气的地面采集效果。文中采用实验研究的方法,对沁水盆地南部寺河矿主采3~#煤层中的构造变形煤进行了分类描述、显微煤岩组分的定量观测、真密度的测定和工业分析,并以甲烷气为吸附质通过等容量法高压吸附实验,分析了不同煤体结构高阶煤基质的吸附特征差异。结果表明:寺河矿高阶煤层变形以脆性变形为主,主要煤体结构可分为原生结构、碎裂结构、碎斑结构、碎粒结构,局部出现碎粉煤;在相同的温度、粒度、吸附平衡压力等条件下,高阶煤基质对甲烷的吸附能力:原状煤碎粉煤碎裂煤碎斑煤碎粒煤。即在一定构造破坏范围内,高阶煤基质对甲烷的吸附能力,表现出随构造破坏程度的增加而降低的特征;而当煤体构造破坏超出这一范围,即达碎粉煤阶段后,吸附能力又有所提高,介于原状煤与碎裂煤之间。     

煤吸附解吸电磁改性及定量分析

用容量法对焦作朱村矿变质无烟煤在不同频率的交变电磁场中吸附解吸特征进行了研究。实验结果表明：不同频率的交变电磁场作用下，煤吸附C02、N2仍旧符合Langmiur方程；交变电磁场减弱了煤的吸附能力，减小了吸附常数b值，但饱和吸附量(a值)基本上不变．是典型的表面改性现象，并从量的角度分析其改性的程度。     

煤物理吸附氧的研究

对煤自燃过程中煤物理吸附氧进行了理论分析,利用色谱吸氧法测试了不同煤种的煤样在不同吸附时间、不同环境温度和不同粒度的物理吸附氧量,分析了影响煤物理吸附氧的影响因素,并计算出煤因物理吸附氧而放出热量使煤体温度的上升值结果表明,煤物理吸附氧量随环境温度上升而下降、随粒度变大先增加而后下降、而与煤的变质程度没有直接关系.煤物理吸附氧气的速率非常快.物理吸附是煤自燃过程的第一步,其关键作用在于为煤的氧化输送氧.最后从实验和理论上对以煤吸附氧量大小为指标的煤自燃倾向性鉴定方法进行了分析和评价图5,表2,参8.     

粒径大小对煤吸附甲烷的影响

为了研究煤的粒径大小对吸附性能的影响,采集几种高瓦斯矿井的煤样,分别制成了粒径大小范围为0.15～0.20 mm、0.12～0.15mm、0.109～0.12mm、0.096～0.109mm、0.045～0.096 mm的5种试样;在等温度条件下,采用WY-98B吸附常数测定仪对试样进行了吸附甲烷的实验,总结出了不同粒径煤吸附甲烷的规律.在Langmuir吸附理论和分子运动理论的基础上,推导出煤的吸附能、吸附位、比表面积及吸附量之间的关系式;根据这些关系式以及分子结构特征等理论,对规律进行理论验证.验证后的吸附规律可以用来研究煤层中瓦斯运移和聚集规律以及煤与瓦斯突出的机理.图3,表1,参8.     

地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响

研究含瓦斯煤层所处的地球物理场对煤瓦斯吸附特性的影响,对煤矿安全开采、煤瓦斯的抽放利用以及煤瓦斯突出的预测预报具有重要意义。笔者总结了地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响,认为地电磁场对煤瓦斯吸附作用机理还有待进一步的研究。并重点探讨了在交变电场作用下煤的吸附特性。利用容量法对3种不同煤样在交变电场作用下的吸附特性进行了实验研究。结果表明：交变电场的作用,并没有改变煤表面的化学性质和物质成分,煤地吸附和解吸仍很好地遵从Langmuir方程和二常数经验公式,并且由于交变电场作用使煤的表面势能增大和焦耳热效应使煤体温度增高,从而减弱了煤的吸附能力,减缓了解吸过程。     

不同温度下软煤等温吸附/解吸特性

为研究温度对煤等温吸附/解吸特性的影响,开展不同温度条件下软煤等温吸附/解吸实验,分析吸附/解吸常数随温度变化规律.根据软煤等温吸附/解吸常数与温度的拟合关系,综合考虑温度和压力影响建立吸附/解吸模型,定义准确度描述模型预测的准确性.研究结果表明:303～350 K时,温度的升高会降低煤对瓦斯的吸附量,吸附常数和解吸常...     

煤吸附水中有机酸研究

40-80目的煤吸附水中有机酸达到饱和需要3h,饱和吸附量可达0.368 8g/g。煤防氧化和有机废水处理方法可用于煤的改性处理。