山西省煤层气(瓦斯)开发利用现状及发展方向

为了探究煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响规律, 选取沙曲一矿6组煤岩样, 通过工业分析、X射线衍射、扫描电镜与能谱分析、低温氮吸附、计算机断层扫描, 以及煤岩甲烷吸附实验,分别研究煤岩样微观组分、孔隙结构特征对甲烷吸附的影响。研究结果表明: 煤样和岩样无机组分质量分数分别为15.82%~20.93%、90.80%~94.68%, 均以石英和黏土矿物为主;岩样BET比表面积为3.32~8.70 m²/g、吸附孔体积为0.009 5~0.019 1 cm³/g, 均大于煤样的BET比表面积和吸附孔体积;岩样孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度略大于煤样的孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度, 与黏土矿物含量高有关。煤岩样甲烷等温吸附曲线均符合朗格缪尔模型, 可用极限吸附量V_L和朗格缪尔压力p_L描述吸附规律;相同吸附温度下, 岩样存在一定的吸附性, 煤样吸附性远大于岩样。
分析得出, 煤岩样的有机组分含量、黏土矿物含量、表面分形维数、比表面积和吸附孔体积对甲烷吸附过程V_L、p_L影响显著。基于多元线性回归分析了5种因素对甲烷吸附规律的影响关系: 有机组分含量高、比表面积大的样品CH₄分子极限吸附量V_L越大, 而黏土矿物含量高不利于吸附甲烷;吸附孔体积越小、黏土矿物含量越高、比表面积越大, 朗格缪尔压力p_L越大。