液氮冻融对煤体孔隙演变和吸附行为的影响研究

为探究液氮冻融对煤体孔隙结构和吸附行为的影响,采用低温氮气和二氧化碳吸附法对冻融前后煤样孔隙结构进行表征,并开展了不同冻融次数下甲烷等温吸附实验。结果表明:冻融后煤样的滞后指数HI降低,孔隙系统的连通性得以改善,有利于煤中气体的运移;2~100 nm孔隙在冻融后均有不同程度的增加,一些孔隙演变为比自身孔径更小甚至小于2 nm的孔隙;冻融后微孔孔径分布发生了变化,微孔孔容和微孔吸附量增加;随着液氮处理次数增加,对甲烷最终吸附量的影响不断减弱,达到4次处理后,液氮处理对煤体最终吸附量的影响几乎达到饱和;煤样经不同次数的液氮处理后朗格缪尔参数V;和p;均增加,p;越大越有利于煤层气的开采。     

不同温压条件下煤瓦斯吸附特性的试验研究

为研究温度、压力对煤吸附瓦斯性能的影响,进行了不同温度下煤的瓦斯等温吸附试验。试验测试出煤样在35℃、50℃、65℃、80℃、105℃下的等温吸附线。研究表明:随着温度的升高,同一压力下煤样的吸附量减小,温度越高,吸附量减小趋势越明显;温度相同时,煤样的吸附量随着压力的增大而增大;在某一温度区间内,随着温度的升高,煤样的吸附常数a、b值线性递减。     

温度对煤体瓦斯吸附量影响规律的试验研究

为了研究恒压条件下,随着温度的升高煤吸附的瓦斯量以及吸附速率的变化情况,选取粒度为60~80目的安泽矿煤样,依次测试出煤样在压力0.6 MPa,温度为35、50、65、80、105℃条件下的等温吸附线,以及吸附量与时间的关系曲线。研究表明:随着温度的升高,煤吸附的瓦斯量下降,温度越高,这种趋势越明显;随着时间的增加,各温度下的吸附速率逐渐减小。当吸附进行至200 min时,各温度下的吸附速率已低于0.005 cm~3/(g·min),而后吸附速率缓慢下降;在吸附过程中,温度越高,同一时间点下的吸附速率越小。     

温度对含瓦斯煤体吸附性能影响试验研究

为了深入分析温度对煤体瓦斯吸附特性的影响,利用自行研制的煤层气高压吸附装置,开展不同温度条件下的含瓦斯煤体吸附试验。试验结果显示:吸附压力对煤体吸附性能的影响具有明显的阶段性;吸附常数a随着温度的增加呈现出先增大后减小的变化特征,具有明显的阶段性;吸附常数b值随温度的增加逐渐降低,但降低幅度逐渐变缓,并最终趋于恒定。     

煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究

简要介绍了煤吸附斯气体的本质,影响煤吸附量的主要因素以及煤吸附瓦斯气体的过程;分析了煤体瓦斯解吸扩散的主要形式和影响煤体瓦斯扩散速度的主要因素。     

不同粒径下煤样瓦斯吸附热力学特性影响实验研究

为揭示不同粒径下煤样的瓦斯吸附热力学特性,选择典型矿井煤样进行不同粒径、温度条件下的瓦斯等温吸附实验,利用Clausius－Clapeyron方程计算出各煤样等量吸附热; 根据Langmuir方程建立了含标准平衡压力常数的瓦斯吸附自由能方程,得到其吸附自由能; 通过Gibb－Helmholtz方程获得各煤样的吸附熵。研究结果表明:不同粒径、温度影响因素下的煤体瓦斯吸附过程依旧可用Langmuir方程表征; 不同粒径煤样瓦斯等量吸附热、吸附自由能和吸附熵均小于0,变化范围分别为－14．19～－22．27 kJ/mol、－4．83～－6．72 kJ/mol和－28．20～ －51．32 J/(mol·K); 随着粒径增大,煤样瓦斯等量吸附热、吸附自由能、吸附熵均增大; 随着温度升高,煤样瓦斯吸附自由能、吸附熵逐渐降低。实验结果表明,煤体瓦斯吸附过程是一种放热、自发、熵减小的物理吸附过程。     

液氮作用下煤体孔隙演变对吸附解吸特性的影响

为研究液氮作用下煤体孔隙演变规律和液氮处理次数对甲烷吸附解吸特性的影响,以山西阳泉无烟煤为例,进行了液氮作用下孔隙演变的压汞试验和一系列吸附解吸试验.结果 表明:①煤样经4次液氮处理后,不同尺度的孔隙数量均有不同程度的增加,其中液氮处理对大孔数量增加的贡献最大,液氮致裂增透归因于3个原因:孔隙连通,孔裂隙扩展,孔裂隙增...     

煤体变形与瓦斯解吸/吸附关系的研究实验

专门针对瓦斯解吸及吸附作用与煤岩形变的相关性做出实验认证,条件是恒压恒温,利用物理上的排水法间接获得瓦斯体积,又由于解吸量与吸附量是一对互逆过程,那么即可利用回归分析便能够算出朗格缪尔体积常数a以及压力常数b,进而把所获得数据进行拟合分析,得到了体积变化与解吸量的关系式,最终分析出瓦斯解吸及吸附作用和煤岩体积形变的定量关系。     

表面酸液改性作用下的煤体瓦斯吸附特性

为研究煤体表面酸液改性对瓦斯吸附特性的影响,通过酸液浸泡方式对煤样进行改性。采用等温吸附仪对各改性煤样瓦斯吸附规律开展实验研究,并利用高压压汞仪测试各煤样的孔隙结构特征。研究结果表明：酸液改性对煤体孔隙结构有显著影响,酸化作用能够打通煤体内部孔隙,煤样经酸液浸泡后其吸附孔数量减少,中孔和大孔数量增加;随着酸液浸泡时间的增加,煤体瓦斯吸附能力曲线呈现先快后慢的非线性变化;酸液作用下,煤体瓦斯吸附能力减小,吸附速率降低。     

轴向荷载作用下煤岩吸附瓦斯特性试验研究

为了揭示应力、气体吸附共同作用下煤岩的结构变化规律,对不同轴向载荷、不同瓦斯压力条件下的煤样进行CT扫描,基于CT图像定义了体素孔隙率α,分析了煤样体积应变、CT图像灰度及孔隙分布的变化规律。结果表明:体素孔隙率α可以反映应力、气体吸附共同作用下煤样内部不同尺度孔隙结构的变化;0α≤20%时体素区域在瓦斯作用中起主导作用,α40%时体素区域主要起着瓦斯运移通道作用;瓦斯吸附首先发生在0α≤10%的体素区域,随着轴压的增大,吸附逐渐对10%α≤20%的体素区域产生作用;应力比气体吸附对煤样孔隙结构的改变作用更为显著。     

煤岩材料对瓦斯吸附性能的研究进展

以高压容量法为基础,采用注入氦气的方法,针对液氮循环冻融对煤孔隙率及吸附瓦斯性能演化特征影响开展了相应的试验研究,结果表明：随着液氮循环冻融次数的增加,煤孔隙率及吸附瓦斯性能参数均呈现极为明显的增大态势。分析认为液氮循环冻融对煤孔隙率及吸附瓦斯性能演化特征影响的作用机制体现：液氮循环冻融对煤体自身裂隙的损伤作用;煤体孔、裂隙内储集的水相变伴随的膨胀力与温度应力的耦合作用对煤体结构的损伤;煤体内的矿物颗粒在剧烈温度差的作用下产生变形导致煤胶结结构的破坏。

     

煤体吸附性能对煤体瓦斯放散特性的影响研究

煤体的吸附性能代表了煤体储存瓦斯能的能力,而煤体的放散特性表明了煤体释放瓦斯能的能力,两者均是造成煤与瓦斯突出的必要条件。为了研究煤体的吸附性能与煤体的瓦斯放散特性之间的内在联系,结合现有的实验条件,以煤样的极限吸附量与瓦斯放散初速度的关系为切入点,实验研究了不同吸附性能煤体的瓦斯放散特性变化规律,结果表明,煤体的瓦斯放散初速度ΔP随煤体的吸附常数a值的增大而增大,且二者之间存在一定的线性关系。     

基于低温液氮实验的不同煤体结构煤的孔隙特征及其对瓦斯突出影响

采集淮南煤田3个不同矿区13-1煤层、焦作矿区中马村煤矿二1煤层不同分层的不同煤体结构煤样进行低温液氮吸附试验,分析研究了不同煤体结构构造煤的孔隙特征。由此将构造煤的低温液氮回线划分为H1、H2、H3三类,构造煤的孔隙划分为4类：两端开口的孔,一端开口的孔,墨水瓶形孔和狭缝形孔。碎裂煤中主要为一端开口的圆筒形孔和两端开口的圆筒形孔;碎粒煤和糜棱煤则主要包含狭缝形平板孔、墨水瓶形孔和一端开口的圆筒形孔。研究表明：构造煤对气体的吸附一般发生在孔径3.3 nm左右的孔隙;随煤体破坏强度增大,比表面积和孔体积的分形维数均在增大。综合孔隙特征研究结果,对糜棱煤、碎粒煤煤层分布发育地区容易引发瓦斯突出的机制进行了探讨。     

煤体吸附瓦斯与煤体强度的关系研究

采用自主研制的由放置试样的装置、压力加载装置和强度测定装置组成MDS-200型煤岩三轴应力渗透试验台,针对取自象山井田、燎原井田和桑树坪井田的3号、5号和11号煤层的试验样品进行煤体吸附瓦斯与强度关系的试验。结果表明:①煤体的杨氏模量和单轴抗压强度均随着吸附瓦斯压力的增加而逐渐呈线性衰减;②不同的煤种在同等吸附瓦斯压力下,杨氏模量和单轴抗压强度也是不相同的;③试验结果表明,含较高压力瓦斯的煤体更容易破坏。     

低温环境无烟煤瓦斯吸附特性研究

以焦作无烟煤为研究对象,采用自制高低温吸附装置,通过对煤在-30,-20,-10,20,30℃下瓦斯吸附过程的测试,研究煤在低温环境下的瓦斯吸附特性。实验结果表明:温度对煤的瓦斯吸附量影响效应明显,温度越低,煤的瓦斯吸附量越大;在低温环境下(0℃以下),吸附常数a、b值随温度降低而增大,温度每降低1℃,a值升高约18%,b值升高约4%。在取心过程中,降低环境温度,可以增加煤的瓦斯吸附能力,减少井下钻孔取心过程的漏失瓦斯量,提高瓦斯含量测值的准确性。     

煤体孔中低温液氮吸附层厚度研究

基于热力学原理及物理吸附机理,建立煤体吸附液氮的吸附层厚度理论,数值计算分析了孔径及吸附平衡压力对吸附层厚度(吸附层数)的影响。研究结果表明:在液氮吸附过程中,相对压力较小时,吸附层厚度随压力增大缓慢增厚,而相对压力约为0.9时,吸附层厚度出现拐点,吸附层厚度随相对压力迅速增大。同一吸附压力下,吸附层厚度(吸附层数)随孔径增大迅速减小至某一定值。相对吸附压力增大时,较大孔半径中(约大于50 nm),液氮吸附层厚度增量基本一样;但在小孔径中,液氮吸附层厚度变化较大,且孔径越小,吸附层厚度增量越大。而低温液氮吸附过程中,随吸附压力的变化吸附量与吸附层厚度具有相同的规律。     

基于液氮吸附的煤体孔隙结构测试研究

为研究煤体孔隙结构特征,实验室采用液氮静态吸附法对马兰8#煤、振兴二矿2#煤、润宏矿3#煤的3种煤样的孔隙结构特征开展了煤样颗粒比表面积、孔径、孔容等研究。结果显示,孔隙发育程度大小顺序依次为:振兴2#煤>润宏3#煤>马兰8#煤,且孔隙以微孔和中孔为主。该研究可为研究煤层瓦斯赋存及流动规律提供参考依据。     

不同煤阶煤体甲烷吸附特性的对比分析

以新疆拜城矿区及库拜矿区煤体作为研究对象,以高低阶煤体孔隙特征及吸附规律研究为出发点,采用实验室测试等方法研究不同煤阶煤体物质组成、孔隙结构等对其吸附解吸特征的影响规律。结果表明,高阶煤体密度高于低阶煤体,但孔隙率低于低阶煤体;高低阶煤煤体密度均随镜质组含量增加而降低,随矿物含量增加而增加;通过液氮吸附试验发现高低阶煤煤体比表面积相差较小;等温吸附试验结果表明煤体最大吸附量与镜质组反射率呈正相关关系,与镜质组含量呈正相关关系,与惰质组含量呈负相关关系。试验结果可为后续新疆低阶煤煤层气开发提供一定借鉴意义。     

降温促进煤体对瓦斯吸附效应的试验研究

为了减少煤样取心过程瓦斯漏失量和准确测定煤层瓦斯含量,提出了煤样冷冻取心技术,并开展了环境温度对煤体瓦斯吸附特性的影响研究。采用自制温控吸附装置,在20、-10、-20、-30℃条件下,对不同变质程度的无烟煤、贫煤、气肥煤的瓦斯等温吸附特性进行测试,分析环境温度对煤体瓦斯吸附特性影响,研究煤体降温对促进瓦斯吸附的影响规律。研究结果表明:煤体瓦斯饱和吸附量随温度降低线性增大,且随单位温度降低,气肥煤、贫煤和无烟煤饱和吸附量分别增大0.130、0.148、0.189 cm3/g。同时环境温度降低,随之瓦斯吸附平衡压力增大,煤体瓦斯吸附增量百分比先速减,而后缓减直至趋于稳定。降温促进了煤体对瓦斯的吸附,且环境温度越低,煤体对瓦斯的促吸效果越明显。同一吸附平衡压力下,降低单位温度瓦斯吸附增量百分比仅与煤的性质有关,与其温度环境无关。     

岩浆岩侵蚀型煤的瓦斯吸附特性研究

采用实验研究和方程拟合的方法,对陶一煤矿岩浆岩侵入型煤层煤样的瓦斯吸附特性进行了研究。实验研究结果表明,陶一煤矿煤层因受岩浆岩的侵入影响,煤层变质程度增高,其对瓦斯的吸附量偏低,且压力常数b出现负值,吸附曲线不能用Langmuir方程来描述,也不符合其他6类等温吸附曲线中的任何一类。