低阶煤储层甲烷吸附解吸过程中导电性变化规律

为了系统探究甲烷吸附解吸过程中低煤阶煤储层导电性变化规律，以彬长地区4#煤层为研究对象，通过测定不同煤岩组分样品甲烷吸附解吸过程中的电阻率，探究吸附和解吸过程中煤的导电性变化规律及机理，并对比分析不同煤岩组分导电性变化差异。研究认为，升压吸附过程中煤的导电性逐渐增强，电阻率与吸附量、平衡压力之间的关系可用一元二次函数描述；降压解吸过程中煤的电阻率小幅度回升，其与吸附量、平衡压力之间为线性关系；甲烷吸附过程中放热和煤基质膨胀变形，使得导电性增强，解吸过程中吸热和煤基质收缩，使得导电性变差；甲烷吸附会导致煤的结构发生不可逆转的变化，即使甲烷解吸后，煤的电阻率也难以恢复到初始水平；暗煤灰分高，孔喉结构相对均匀，双电层带电粒子更少，导电性较镜煤弱，加之暗煤吸附能力强，使得其在吸附过程中电阻率下降幅度和速率更大。      

煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型

选取暗褐煤、气煤、焦煤、贫煤、无烟煤和超变无烟煤等有代表性煤阶的系列煤样,进行了20,30,40,50 ℃等不同温度下的高压等温吸附试验;应用吸附势理论,研究了煤的甲烷吸附特征曲线的形态特点,推导出新的煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型,并给出了模型中特征常数的求取方法;利用大量高压等温吸附试验数据对该模型的预测结果进行了验证,并且与兰米尔(Langmuir)等温吸附模型进行了比较.结果表明,该模型的预测结果与吸附试验数据非常吻合,平均相对偏差小于5%,说明该模型能够很好地描述温度和压力共同作用下,包括特低煤阶的暗褐煤和特高煤阶的超无烟煤在内的全部煤阶的煤对甲烷的吸附特性;比兰米尔(Langmuir)等温吸附模型的功能更强,适用范围更宽.      

延迟突出煤吸附甲烷特性的研究

采用容量法对延迟突出煤吸附甲烷的特性进行了研究,结果表明：吸附常数ａ较大且ｂ较小时,易发生延迟突出;延迟突出煤的吸附／解吸动力学过程遵从吸附／解吸－扩散控制模型等,延迟突出煤样的放散能力较弱,导致了煤瓦斯突出的延迟。     

基于分子模拟的煤中甲烷吸附扩散行为研究现状及展望

煤层中甲烷既是一种优质清洁能源，又是一种矿井灾害源。由于煤分子结构复杂，实验方法难以表征煤中分子微小尺度的吸附扩散行为。随着现代计算机信息科学和统计力学理论的发展，分子模拟方法突破了传统实验宏观的理论研究路线，使得从分子尺度研究煤中甲烷吸附扩散行为成为可能。目前更多科研学者从煤结构特征、孔径分布特性和气体吸附扩散特性等方面，以微观角度来揭示煤层中甲烷运移和积聚规律，从而有效地解决了实验室的一些难题，为甲烷抽采提供了更多理论与方法上的指导。通过调研煤中甲烷吸附扩散分子模拟的研究现状，深入分析了煤对甲烷等气体的吸附扩散微观机理及规律，并探讨了该研究领域亟需解决的问题。     

煤的溶剂萃取物成分及对煤吸附甲烷特性影响

煤中有机小分子相是煤的重要组成部分，为分析其对煤吸附甲烷的影响，在常压下（50 ℃），采用正己烷对张集和大柳塔煤样分别进行微波辅助萃取，得到萃取后煤样（残煤）和萃取物。采用GC/MS分析萃取物成分，并依此选取柴油作为正己烷萃取物的模型物，配置含柴油煤样（简称含油煤），开展了原煤、残煤和含油煤的甲烷等温吸附实验。研究结果表明：原煤和残煤吸附瓦斯在低压阶段差异不大，随着压力的增大，原煤吸附甲烷量逐渐高于残煤；含油煤则不同，压力较大时，同一压力段的瓦斯吸附增量高于原煤和残煤，低压时吸附甲烷量虽小于原煤和残煤，但随着压力的增大，最终吸附甲烷量略高于原煤。用Langmuir和Langmuir-Henry二元吸附模型对等温吸附数据进行拟合，得出煤吸附甲烷可分为2个过程，低压阶段主要为符合Langmuir模型的煤基质表面吸附，高压阶段主要为符合Henry模型的渗入煤基质的内部（孔隙、内表面）吸附；且煤中有机小分子有助于提高煤高压阶段的甲烷吸附量。     

ASE萃取对低、中阶煤增产生物气的研究

为研究有机溶剂萃取对不同煤阶煤生物气的增产效果，采用加速溶剂萃取法(ASE)分别对中阶煤与低阶煤进行预处理，对原煤预处理后所得残煤和萃余物进行微生物成气实验。通过改变ASE的条件参数，讨论不同萃取温度和萃取次数对煤萃取效果的影响，分析了不同煤阶的原煤、萃取残煤和萃余物的生物甲烷的产生途径及增产效果，对原煤、萃取残煤和成气后残煤进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析，研究了煤中化学结构和官能团的变化。结果表明：ASE萃取的最佳条件是萃取温度为100℃,萃取次数为10次；中阶煤的萃取率为1.06%,低阶煤的萃取率为4.23%。在煤生物产甲烷过程中，第一阶段生成的甲烷主要是二氧化碳氢还原途径产出，而第二阶段产生的甲烷主要由乙酸发酵主导。ASE萃取后，中阶煤的残煤和萃余物的生物甲烷产量分别比原煤提高了38%和210%;低阶煤的残煤和萃余物的生物甲烷产量分别比原煤提高了17%和113%。低阶煤经ASE萃取后所得残煤和萃余物的甲烷产量均大于中阶煤的残煤和萃余物，分别高出了33%和4%。原煤经ASE萃取后部分芳环被打开，碳碳双键和羧基含量增加；萃取残煤经微生物作用后，煤中碳碳双键和羧基含量均减少。...     

丝炭和暗煤的顺磁共振特性研究

利用顺磁共振技术和模拟试验方法，对镜煤、丝炭和暗煤同木材、氧化木材、炭化木材和氧化草本泥炭的顺磁共振特性进行了对比研究，首次提出了氧化丝炭和暗煤的顺磁共振图谱。丝炭的谱线呈尖陡的双峰态；暗煤的谱线呈平缓的双峰态。丝炭和暗煤的顺磁共振图谱的差异，可能与它们的原始成煤物质的差异和沉积环境的影响有关，通过对丝炭成因的探讨，得出氧化成因丝炭和火焚成因丝炭的顺磁共振谱线特征明显不同的认识。     

含瓦斯煤低温吸附过程能量变化规律研究

为了得出煤吸附甲烷过程中能量变化规律，通过高低温智能吸附实验箱分别进行温度为30、15、0、-15、-30、-45℃，初始吸附压力为1、1.5、2、2.5、3 MPa的煤吸附甲烷实验。结果表明：加大注气压力和降低吸附温度是影响煤在吸附甲烷过程温度变化量增大的2个重要因素；一定质量煤样吸附甲烷前后表面自由能会降低，热量会升高，且其差值因甲烷压力的升高而逐步增大；升压或降温在煤吸附甲烷过程中都使得煤温度变化量增大，实质上是煤表面自由能甲烷分子势能转化为热量值来维持整体能量平衡的现象。     

基于煤中甲烷赋存和运移特性的新孔隙分类方法

煤中复杂的多尺度孔隙结构是瓦斯赋存的空间和运移的通道，厘清甲烷在不同孔隙中的赋存和运移特性对煤层瓦斯的抽采利用以及灾害防治具有重要意义。在过去的几十年中，学者们对煤中复杂孔隙结构进行了大量的研究与分类。随着孔隙测试技术的发展，以及对煤中甲烷赋存和运移特性的进一步认识，发现现有的煤孔隙分类方法存在不足。因此，对以往的孔隙分类方法进行全面回顾，并基于最新的煤中甲烷赋存和运移特性的研究成果，提出了一种新的针对煤和甲烷系统的孔隙分类方法。将煤中孔隙结构划分为不可达孔(<0.38 nm)、填充孔(0.38～1.50 nm,吸附相扩散)、扩散孔(1.50～100 nm,游离相扩散)和渗流孔(>100 nm)4类，且煤中不同孔隙(填充孔、扩散孔和渗流孔)形成顺序串联，相同孔隙形成相互并联为主的连接模式。煤中甲烷主要以微孔填充形式吸附于填充孔中，填充孔中的吸附态甲烷作为煤层瓦斯运移的源头，以吸附相扩散的形式为扩散孔中的游离相扩散提供源源不断的甲烷分子，而扩散孔中运移的甲烷也汇总至渗流孔并不断渗流到抽采钻孔或煤壁表面。新的煤孔隙分类方法总结了甲烷分子在不同尺寸孔隙结构中的赋存形式(微孔填充吸...     

用脱气仪测定煤对甲烷吸附量的新方法

根据容量法测定煤对甲烷吸附常数的技术特点，通过试验分析研究出一种用测定瓦斯含量的脱气仪测定煤对甲烷吸附常数的新方法。     

煤岩显微组成对甲烷吸附能力的影响研究

为分析煤岩显微组分对甲烷吸附作用的影响,对我国柴达木、鄂尔多斯和沁水等盆地的11个煤田49个煤样的煤质、煤岩显微组分和甲烷等温吸附关系进行了系统试验。结果表明：低、中煤阶煤的甲烷吸附能力随镜质组含量的增加而增加,而高煤阶煤的吸附能力则随之增加而降低。惰质组含量对煤吸附甲烷能力的影响较大,高煤阶煤的甲烷吸附能力随惰质组含量的增加而增加,而低、中煤阶煤的甲烷吸附能力则随之增加呈先增加后降低的趋势。低、中煤阶煤中的丝质体含量越低、半丝质体含量越高,煤的吸附能力越强。低煤阶煤吸附甲烷的能力与壳质组呈负相关关系。     

低浓度煤层气脱氧浓缩工艺技术开发与应用

为了解决低浓度煤层气安全输送利用方面存在的问题,提高低浓度煤层气利用率,依托国家科技重大专项课题,以"十一五"科研成果为基础,研究开发出了可工业化应用的低浓度煤层气脱氧与变压吸附浓缩工艺技术及装备,并利用煤基炭材料研发平台自主研制了高效吸附专用煤基碳分子筛。通过脱氧浓缩,将体积分数20%~30%的低浓度煤层气浓缩至90%以上,O2体积分数降低至1%以下,CH4回收率在90%以上。工艺采用一次增压、二级浓缩的方式,吸附压力为0.3~0.5MPa,运行能耗为0.5~0.6kW·h/m3CNG。浓缩后的气体可加工成压缩天然气(CNG)或液化天然气(LNG)。     

煤的吸附作用对瓦斯渗流特性影响的实验研究

为研究煤的吸附作用对瓦斯渗流特性的影响,以贵州六盘水矿区的煤样为研究对象,进行了瓦斯吸附平衡前后和不同吸附气体的三轴渗流试验。试验表明,相同煤样在瓦斯吸附平衡后渗透率明显低于吸附平衡前的渗透率;相同煤样通过不同气体的渗透率具有KHe>KCH4>KCO2的规律,不同吸附气体煤样的渗透率与气体压力服从指数分布;煤体渗透率与煤的变质程度具有一定的相关性。     

平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附—解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附—解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附—解吸可逆。研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。     

煤层气吸附及其地质意义

介绍了煤层气超临界吸附的基本特征及近年来煤层气吸附的行为与规律;对影响煤层气吸附的因素以及煤层气吸附模型在研究中所取得的成果进行了总结;分析了煤层气超临界吸附研究中存在的问题,在此基础上,指出煤层气超临界吸附规律、超临界吸附的热力学模型、动力学模型及量子化学模型等将是今后煤层气超临界吸附研究的重点。     

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。     

Study on the mechanism of interaction for coal and methane gas

Although two moulds for methane gas in coal with the free state and adsorption state have been popularly considered, the derivation between the real methane gas state equation in coal and the perfect gas state equation has been fuzzily considered and the mechanism of interaction for coal aromatics arid methane gas molecules has not been understood. Then these problems have been discussed in this paper applied the principle of statistical thermo-mechanics and quantum chemistry as well as based on the numerical calculating of experiential data in quantum chemistry. Therefore, it is revealed by research results that the experience state equation for real methane gas in coal, which is put forward in this paper, is closer to actual situation and the interaction process for methane gas adsorption on the surface of coal aromatics can be formulated by Morse potential function. Furthermore it is most stable through this research that the structural mould for methane gas molecule adsorption On the surface of coal nuclear with one gas molecule on top of another aromatics in regular triangle cone has been understood, and it is a physical adserption for methane gas adsorption with single layer molecule on the surface of coal nuclear.     

等比例变压吸附法富集低浓度煤层气的安全性分析

在Coward爆炸三角形的基础上分析研究了低浓度煤层气（CH4浓度低于30%）吸附富集过程的安全性.研究结果表明,如果采用常规的变压吸附方法,使用单一吸附剂富集低浓度煤层气,在吸附过程中CH4浓度会进入爆炸极限,存在安全隐患.基于安全性和可行性分析,提出了一种安全的分离富集低浓度煤层气方法--等比例变压吸附法,采用活性炭和碳分子筛作为混合吸附剂,通过调节混合吸附剂中AC/CMS质量比,使低浓度煤层气中甲烷和氧气能按比例同时被吸附,确保整个吸附富集过程中吸附器内、排放气以及解吸气中的甲烷和氧气浓度都处于安全范围内,实现低浓度煤层气的安全有效吸附富集。     

煤样粒径对煤吸附常数及瓦斯放散初速度的影响

运用Langmuir单分子层吸附理论,对煤在不同粒径条件下吸附瓦斯气体进行了实验研究。利用WY-98A型瓦斯常数测定仪及WFC-2型瓦斯放散初速度测定仪,分别对不同煤样在不同粒径条件下吸附甲烷气体的等温吸附曲线、吸附常数a、b及瓦斯放散初速度△p进行了定性与定量分析,并得出了吸附常数a及放散初速度△p随粒径变化的关系式。结果表明,吸附常数a随粒径出现阶段性的变化,瓦斯放散初速度随粒径变化呈现出对数函数的变化规律。     

煤与煤层气共采的研究进展与面临的问题

介绍了世界上当前煤层气的应用现状和研究进展;阐明了我国煤与煤层气共采技术的发展阶段,论述了当前实现煤与煤层气共采技术的理论基础;分析了我国煤与煤层气共采面临的新问题,指出了煤与煤层气共采技术的重点研究方向。