水分对不同煤种吸附甲烷特性影响及机理分析

为测定含水率对煤吸附甲烷特性的影响,采用朱仙庄矿的焦煤、赵庄矿的贫煤与阳煤五矿的无烟煤作为研究对象,依据高压容量法对不同变质程度煤进行甲烷吸附研究.分析了煤吸附甲烷特性及a,b值的变化规律,推算出三种煤样的水分影响系数.结果表明:焦煤、贫煤与无烟煤对甲烷的吸附量都会随煤样含水率的升高而减小,且在低含水率阶段,煤对甲烷的吸附速率变化较快,高含水率阶段,变化较缓;煤样含水率对煤的吸附常数a的影响较小,呈一次函数下降,对煤的吸附常数b影响明显,呈指数函数下降;煤样水分含量与水分校正系数的影响程度A,会随着煤变质程度的增大而减小.     

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。     

煤变质程度对CH_4吸附行为影响研究

为分析变质程度对CH_4吸附行为的影响,构建了肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤等5种不同变质程度煤的大分子结构模型,采用巨正则系综蒙特卡洛方法(GCMC)研究了CH_4在5种不同变质程度煤中的吸附行为。研究结果表明,CH_4吸附能力强弱顺序为无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤,均为范德华能与静电能的相互作用,且吸附相稳定性差别不大;CH_4分子吸附量均随温度增加线性减少,减少幅度相近;CH_4分子吸附量均随含水率增加而线性减少,且煤变质程度越低,含水率对其CH_4分子吸附量影响越大;CH_4与H_2O同时吸附时,均呈现CH_4分子吸附量极小,且不再符合Langmuir等温吸附特征现象。煤层瓦斯含量与煤变质程度有关,受水分影响较大,且煤变质程度越低影响越显著,温度改变对不同变质程度煤层瓦斯含量影响几乎相同。     

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。     

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.     

混合煤样中软分层对煤与瓦斯突出的影响

在单一煤体吸附瓦斯的基础上,选用某煤矿硬煤和软煤,按照不同的厚度比进行分层混合,模拟煤层中软分层。运用Langmuir单分子层吸附理论,对混合煤样中软分层的吸附性质及其存在对煤与瓦斯突出的影响进行了研究。实验中利用自行研制的高压瓦斯吸附仪,对不同厚度比的混合煤样吸附瓦斯气体的等温吸附曲线、吸附常数a,b进行实验分析,并得出吸附量随压力的变化形态和吸附常数a,b随硬煤和软煤厚度比的变化形态。分析结果发现在软分层与其上覆硬煤层厚度近似相等时,发生突出的危险性最大,并通过理论分析说明了软分层的存在,煤层易发生煤与瓦斯突出的原因。为煤与瓦斯突出机理的研究提供了理论基础,开辟了新思路。     

低煤级煤平衡水条件下的吸附实验研究

基于13个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。     

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。     

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。     

煤常温静态吸氧试验探讨

通过自制煤常温静态吸氧装置，进行了煤在常温静态吸氧试验研究，探讨了煤静态平均吸氧速度常数与吸氧量的关系，试验结果表明，煤的低温氧化是煤本身的吸氧能力决定的；煤样静态吸氧速度常数与吸氧量成线性关系；煤静态平均吸氧速度常数可用来确定煤的低温氧化的倾向性；在常温下，煤氧复合过程是物理吸附、化学吸附及化学反应同时进行过程。     

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.     

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.     

软煤层瓦斯恒温吸附特性实验研究

煤层瓦斯吸附特性的研究是掌握煤层瓦斯涌出规律的前提,也是防治煤矿瓦斯事故灾害的基础。为了能够准确掌握软煤层对瓦斯的吸附特性,文中采用HCA型高压容量吸附法,对软煤体瓦斯恒温吸附过程进行实验研究,并与硬煤体进行对比,从而得出软煤层瓦斯吸附特性规律。结果表明:软煤的吸附常数a和b均稍大于硬煤,软煤对温度的变化较硬煤更为敏感,软、硬煤的吸附常数a,b值均与温度T成二次函数关系,且软、硬煤的等量吸附热均随吸附量的增大而增大,软煤的增加幅度要远大于硬煤的增加幅度。该研究结果为研究软煤层瓦斯赋存规律、优化煤矿瓦斯治理技术、保障煤矿安全生产提供理论依据。     

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...     

南桐矿区煤层孔隙特征研究

采用扫描电镜、压汞法和氮吸附法系统研究了南桐矿区不同煤层及同一煤层不同破坏程度分层的孔隙特征。通过扫描电镜研究将煤的孔隙类型分为六种；运用压汞法和氮吸附法研究了煤的孔径分布及孔隙结构与煤的破坏程度、煤岩组成、显微结构和煤的变质程度之间的关系，取得了一些新认识。最后还对煤层的突出倾向及瓦斯抽放的难易程度进行了初步评价。     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题,研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果,当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量增加,当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量减少;外加静电场促使煤中瓦斯的渗流;交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少;交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

不同粒径煤吸附瓦斯过程中的热电效应

选取3种不同变质程度的原煤,制成5种不同粒径的煤粒,并压制成型煤,在压力3 MPa和温度25℃条件下对型煤试样进行等温吸附实验,并利用SH-X多路温度测试仪和CHI660E型电化学工作站测试煤吸附瓦斯过程中的温度变化和电流-时间曲线,基于Clausius-Clapeyron方程和相关性系数,分析和研究不同粒径煤吸附瓦斯过程中煤的热电效应及其相关性,试图从煤的热电效应方面研究煤的吸附能力.结果表明:煤在吸附瓦斯过程中伴随有明显的热电效应,在吸附平衡时,煤的温度升高了0.93 ～ 8.74℃,煤的电阻率比稳定时降低了0.14 ～0.16倍;煤的温度随粒径减小和吸附量的增加而升高,煤的电阻率变化却相反;煤体温度和电阻率变化与瓦斯吸附量变化呈现很强的相关性,相关性系数rw和rd分别介于0.9502～ 0.9899和-0.9316～-0.9916之间,均接近于±1.因此,吸附过程中的热电效应可反映煤的吸附能力,在吸附平衡时,煤体温度变化越大,温度越高,电阻率越小,说明煤的吸附能力越强;相反,说明煤的吸附能力越弱.     

温度对煤的瓦斯吸附性能影响的试验研究

通过实验研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下,煤的瓦斯吸附性能的变化规律,得出了当温度、瓦斯压力变化时,煤的瓦斯吸附曲线以及吸附常数随温度变化的数学关系式,为研究瓦斯在煤层中的赋存和流动规律提供了物理基础。     

煤表面吸附H_2S气体特性量子化学分析

为探究煤层中硫化氢的吸附性质,建立山西铁新含硫化氢煤表面分子模型,利用软件Gaussian09,通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G上计算煤表面分子与H2S、CO2、CH4、N2气体分子的吸附能.进一步模拟了硫化氢和甲烷混合气体共存条件下,二者的依存关系.结果表明:煤吸附硫化氢的吸附能为2.230 k J/mol,键长、键角均无变化,表明煤对硫化氢存在吸附,且为物理吸附;煤对四种气体吸附能力依次为CO2CH4N2H2S,硫化氢为弱吸附气体;硫化氢的存在促进煤对甲烷的吸附;煤对硫化氢和甲烷混合气体的吸附能大于煤对单个气体的吸附能.