基于低温液氮吸附软硬煤孔隙结构分形特征研究

采用低温液氮吸附试验对软、硬煤孔隙结构分形特征进行研究,结果表明:软煤的吸附量大于硬煤的吸附量;软煤在高压段的分形维数大于硬煤在高压段的分形维数,软煤的吸附能力大于硬煤的吸附能力;无论对于软煤还是硬煤,低压段的分形维数小于高压段的分形维数,孔隙含量随着孔径的减小迅速增加。     

不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

中高阶煤孔隙结构的演化规律研究

为研究中高阶煤的孔隙结构特征的演化规律,采用低温液氮吸附法,结合FHH分形理论模型,探讨不同煤阶煤的孔隙结构特征和分形规律特性。结果表明:随着煤级的增高,煤的BET比表面积先增加后减小,BJH孔体积逐渐减小,孔径分布特征为微孔先减少后增多,小孔和中孔先增多后减少;FHH分形维数D₁值可量化表征煤体表面的粗糙程度,随着煤级的增高而增加,其中气肥煤至贫煤阶段变化较小,无烟煤阶段增加较多,范围为2.256 2～2.461 3;分形维数D₂值可量化表征煤的孔隙结构的复杂性,D₂值先减小后增大,范围为2.459 1～2.806 5。     

中低煤阶煤孔隙特征及对瓦斯放散特性的影响

为了研究中低煤阶煤孔隙特征及其对瓦斯放散特性的影响,对采集的中低煤阶长焰煤、气煤、焦煤和1/3焦煤4个煤类共计14组样品进行了煤工业分析、煤岩分析、液氮吸附和瓦斯放散初速度测试,结合分形理论研究了中低煤阶煤比表面积、孔容和孔隙分布特征及其瓦斯放散特性。结果表明:中低煤阶煤孔比表面积孔径分布主要以小孔和微孔为主,孔隙形态为以一端开口的孔为主,含有少量两端开口的孔,部分样品含有少量墨水瓶形孔。中低煤阶煤孔隙具有较好的分形特征,孔比表面积、孔容与分形维数具有明显的对数关系。中低阶煤瓦斯放散初速度较小,瓦斯放散初速度随着分形维数增大而减小,随着平均孔径的增大而增大。随着各孔径段孔容积、孔比表面积含量增加瓦斯放散初速度均呈负对数减小趋势,各孔径段比例和煤孔隙形态类型的细微变化对瓦斯放散初速度的影响不大。     

中—高煤级煤孔隙分形特征

以平煤股份十三矿受岩浆侵入影响形成的不同煤化作用程度的10个原煤样品的压汞实验和低温氮气吸附实验数据为依据,应用孔隙的分形研究方法,揭示了中—高煤级煤的孔隙分形特征及其与煤级之间的内在联系。研究表明,压汞法和低温氮气吸附法测定的煤中孔隙均具有分形特征,尤其在不同孔径区段分形特征更加明显。压汞法压汞实验测定孔隙的分形维数为2.36~3.01,低温氮气吸附测定孔隙的分形维数分布在2.66~2.91之间。中—高煤级阶段(Ro,max在1.41%~6.52%之间),随煤级升高,压汞法孔容10~100 nm孔径段孔隙的分形维数呈降低趋势,大于1μm孔隙的分形维数呈现增高的趋势;低温氮气吸附比表面积小于4.5 nm孔径段分形维数呈现降低的趋势,大于4.5 nm孔隙的分形维数递增规律明显。     

比德-三塘盆地煤储层不同尺度孔隙分形特征研究

为利用煤储层孔隙结构的分形维数来定量描述其复杂程度,基于压汞试验,对黔西比德-三塘盆地主采煤层10个煤样进行了分形特征研究,并阐明了分形维数与煤储层物性之间的关系。结果表明:煤储层的分形可分为煤基质颗粒间大孔隙分形、煤基质颗粒中过渡孔隙分形和煤基质颗粒中微、小孔隙分形;大孔和过渡孔分形维数较高,小孔和微孔分形维数较低,3种孔隙结构的复杂程度依次为过渡孔大孔小孔和微孔。不同尺度的孔隙分形维数与孔隙体积分数呈负相关关系;大孔和过渡孔的分形维数均随着煤的变质程度、镜质组含量、灰分的变化呈现高-低-高的变化规律,与惰质组含量呈现低-高-低的变化规律,与水分、退汞效率成正相关关系,与平均孔径、孔隙度成负相关关系;小孔和微孔的分形维数与煤的变质程度、镜质组含量呈现低-高-低的变化规律,与惰质组和灰分含量呈现高-低-高的变化规律,与水分和退汞效率成负相关关系,与平均孔径和孔隙度成正相关关系。     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

基于低温液氮浸溶处理的淮南矿区松软中阶煤孔隙特征

为了研究低温液氮浸溶处理对淮南矿区中阶煤孔隙结构及其分形特征影响,采用不同液氮浸溶时间处理煤样,通过压汞法和液氮吸附法对煤体的孔隙结构加以测定,结合分形理论从多角度分析不同浸溶时间下煤体孔隙的发育规律及其尺度特征。结果表明：随着液氮浸溶时间的增加,煤体总孔容由198.089×10-3 cm3/g上升至371.553×10-3 cm3/g,总比表面积则由4.984m2/g下降至4.496 m2/g,效果显著;煤体吸附孔减小,渗流孔增加,吸附孔的孔隙连通性增加形成更大级别的孔隙,逐渐向渗流孔转变;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数与液氮浸溶时间呈现负线性相关,液氮浸溶对于渗流孔分形维数比对吸附孔分形维数的影响程度更为显著;渗流孔分形维数和吸附孔分形维数随着液氮浸溶时间的增大逐渐降低,表明了煤体内部孔隙随着液氮浸溶时间的增大结构复杂程度降低,孔隙之间的贯通性增强,煤体孔隙度和渗透性的增加;综合分形维数随着煤体平均孔径和总孔体积的增加而减小,随着总比表面积的增加而增加,随着液氮浸溶时间的增加,煤体综合分形维数下降,煤体的吸附能力有所减弱,渗流能力有所增强,有助于提升淮南矿区低渗煤层煤层气抽采效果。     

高温作用下活性粉末混凝土(RPC)孔隙结构的分形特征

为能定量表征温度作用下RPC内部孔隙结构的变化特征,采用压汞测孔法对高温后活性粉末混凝土(RPC)内部的孔隙结构和孔隙的分形特征进行了实验研究。分析了孔隙体积、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律;计算分析了毛细孔和过渡孔等有效孔径区间内RPC的体积分形维数及其随温度的变化规律。研究表明：温度影响下,RPC内部孔隙结构表现出劣化特征,孔隙率、孔隙体积等特征参数明显增大;RPC内部的损伤过程可以采用分形方法去描述,150 ℃时,RPC初步呈现分形效应,在毛细孔和过渡孔的孔径范围内RPC的体积分形维数整体表现出增大趋势。     

华北区域不同煤阶样品孔隙结构特性研究

为探求华北区域煤样的孔隙发育特征,采用压汞法对采自此区域不同煤阶样品孔隙结构和分形维数进行研究。研究结果表明,煤体孔容和比表面积分别由大孔和微孔发育情况所决定,且100nmD1000nm范围内中孔相对不发育;随着Ro,max变化,煤体孔容和比表面积均呈现两端高大中间低的曲线形态;煤样中大于50.4~95.4nm孔径具有分形特征,此孔径范围主要包括部分过渡孔、中孔和大孔,并且随着Ro,max的增加,分形维数整体呈现降低的趋势。     

突出区煤的孔隙结构特征研究

用压汞法和ＣＯ２吸附法对突出区煤的孔隙结构特征进行了研究。结果表明,突出区煤的孔隙率、孔容、比表面积等均随其碳原子摩尔分数Ｘｃ的增大而增大,且上述参数均与煤样点的位置有关;研究了煤样存在两个分形维数Ｄ２和Ｄ３,Ｄ２随Ｘｃ和孔隙率的增大而增大,而Ｄ３和ΔＤ却正好相反。由煤样的采点位置和开采中的实际情况可认为：煤的孔隙率、压汞曲线滞后程度、中孔孔容和分维数Ｄ２及ＣＯ２比表面积越大,分形维数Ｄ３和ΔＤ越小,煤的突出危险性越大。     

构造煤和煤与瓦斯突出关系的研究

为探究向斜构造中煤体孔隙结构发育规律,以长城三矿1311S工作面向斜构造为研究对象,从向斜构造区域不同位置选取煤样,通过低温氮气吸附实验,对煤体孔隙结构特征进行分析。结果表明,向斜构造区域内煤体孔隙结构呈现规律性分布,比表面积与总孔体积从轴部向两翼逐渐减小,平均孔直径则逐渐增大;最可几孔径均分布在2 nm左右,向斜轴部最可几孔径小于两翼;通过对比分析分形维数得出,随着两翼距离向斜轴部越近,分形维数数值呈现线性增大趋势。通过对同一向斜不同位置煤体的孔隙结构特征进行分析,总结出向斜构造中煤体孔隙结构发育规律。

     

不同干燥方式对褐煤孔结构及复吸特性的影响

采用低温氮吸附法和扫描电子显微镜,研究了氮气干燥、空气干燥、热压干燥前后煤样的孔隙结构和表面特性,同时对干燥后煤样进行了复吸试验研究。结果表明：氮气干燥和空气干燥后煤样的比表面积、孔容和平均孔径均增大;热压干燥后煤样的比表面积和孔容降低,平均孔径增大。扫描电镜显示,空气干燥和氮气干燥后煤颗粒表面更加不平整,裂缝变大、孔洞增多;而热压干燥后煤样表面变得平滑,裂缝被挤压在一起,孔洞减少。复吸试验结果表明：干燥后煤样复吸25 h后,复吸曲线趋于平缓,氮气干燥和空气干燥煤样复吸后的水分在13%左右,热压干燥煤样复吸后水分为9%,且热压干燥煤样的水分复吸速率较小。     

基于低场核磁共振技术的酸化煤样孔隙特征研究

为研究酸化作用后煤体的孔隙结构特征,采用低场核磁共振技术和X射线衍射实验方法,测试了高阶煤自然煤样和酸化煤样的孔隙结构和矿物含量,并根据分形理论对比研究了2种煤样孔隙的分形维数,探讨了酸化作用原理.研究结果表明:自然煤样和酸化煤样中微孔和过渡孔都占较大的比例;煤样酸化后,其孔隙率增大,最小孔径和最大孔径都变大;酸化作用...     

温度对粉状活性焦的孔隙结构及SO2吸附性能的影响

为研究低成本、高性能脱硫用粉状活性焦的制备技术,采用褐煤为原料,在沉降炉试验台上进行粉状活性焦的制备,通过灰平衡方法分析了粉状活性焦的产率及挥发分含量,通过氮气吸附方法表征褐煤及粉状活性焦的孔容、比表面积及孔径分布,探索了不同温度条件下烟气活化对粉焦快速制备过程中孔隙结构的演变的影响机制,采用分形Frenkel-Halsey-Hill法分析了粉焦孔隙结构的分型特征,采用SO2性能测试装置分析了粉状活性焦的2 h吸附容量并探究粉焦的孔隙结构与SO2吸附性能的关系。结果表明,所获得活性焦的低吸附等温线的类型具备Ⅰ型和Ⅳ型等温线的特征,孔隙结构呈微孔-中孔-大孔的梯级孔结构特征,且以微孔结构为主。随着活化温度的增加,粉焦的产率呈线性下降的趋势,粉焦的比表面积及孔容值先增大后减小。温度为950 ℃时,比表面积最大,最大值为437.74 m2/g;温度为1 050 ℃时,总孔容最大,最大值为0.258 cm3/g;温度为1 200 ℃时,灰熔融造成孔隙堵塞大大降低了粉焦的孔隙结构。分形维数D2与活性焦比表面积变化趋势一致,可以较好的反应粉焦的微孔变化趋势。褐煤基粉焦的SO2吸附穿透曲线分为完全吸附阶段及穿透阶段,两个阶段的吸附由不同的孔隙结构主导,完全吸附阶段为微孔吸附,吸附速率快,吸附量大小取决于微孔,而穿透阶段的吸附量主要取决于中孔。     

弱酸及添加表面活性剂对煤体孔隙的影响及分形特征研究

以五轮山煤矿8号煤层为研究对象,经水、乙酸和在乙酸中添加不同表面活性剂对煤样进行浸泡实验,采用压汞法对各样品煤孔隙特征进行分析,并采用Menger海绵模型和Sierpinski垫片模型对孔隙分形进行计算分析。结果表明：所有样品的孔隙分布均呈“M”形;原煤及经水、乙酸处理后的煤样进退汞曲线产生较大的滞后环,在乙酸中添加不同表面活性剂后,煤样进退汞曲线滞后环减小;通过Menger海绵模型计算的分形维数,添加油酸钠的煤样品渗流孔隙和吸附孔隙分形维数为2.76和2.92,其他样品的分形维数均大于3;通过Sierpinski垫片模型计算的分形维数,经水处理后的煤样品分形维数增大,其他样品均减小。     

基于压汞法的煤岩各段孔隙的分形特征

采用压汞法对大同和屯留煤样进行微结构测试。根据煤岩孔隙不同半径范围内累积孔隙体积分数所占的比例大小对孔隙进行了大小分类。结合孔隙结构分形维数计算原理,通过线性回归计算了各类孔隙的分形维数。结果表明用分段回归方法计算煤中不同孔隙的分形维数能较好地反映复杂的孔隙结构。小孔分维数较小,中孔和大孔分维数较大,说明中孔和大孔孔隙结构很不均匀,煤岩孔隙在这个阶段的分布离散性较大。     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

Effect of magmatic intrusion on coal pore characteristics and fractal research

The pore characteristics in magmatic intruded coals are closely related to the absorption-desorption and the flow of Coalbed Methane (CBM) in coal seams. Coal samples with different degrees of magmatic intrusion are tested using the method of mercury intrusion porosimetry (MIP). A number of parameters, such as the pore diameter, the volume, the connectivity and the specific surface area, are investigated. In addition, the fractal theory is introduced as a new approach to characterize the pore characteristics in intruded coals by calculating the fractal dimensions. The correlation between the fractal dimension and the inherent moisture content is also discussed. The results indicate that 1) when the coal approaches the magma, the pore size, the pore volume, the open pores and pore connectivity increase, but the total specific surface area exhibit decline trends; 2) the calculated fractal dimension can demonstrate the above characteristics; 3) a significant relationship between the inherent moisture content and the fractal dimension can be established. The research findings in this paper provide a useful fundamental knowledge to guide future studies of CBM development or gas outburst for intruded coals.     

2种氧化剂对贫煤孔隙特性影响的对比研究

为探讨过硫酸铵与二氧化氯对贫煤孔隙特征的影响,优选出更加适合贫煤储层改造的氧化剂,对采集自大平矿与告成矿的贫煤煤样进行压汞实验,分析讨论了过硫酸铵与二氧化氯对煤样孔隙度、分形维数和排驱压力等储层基本特征参数以及孔体积、比表面积及其分布的影响。结果表明,二氧化氯能够有效提高煤储层的孔隙度,减小其孔比表面积及分形维数,过硫酸铵则可能导致煤储层总体孔隙度降低,减小孔比表面积,增大其分形维数。二氧化氯与过硫酸铵作用后,煤样大孔孔体积所占比例增加,中、小及微孔体积比例减小,使孔隙分布更加均匀,各类孔比表面积分布变化不大。因此,二氧化氯与过硫酸铵均能够对贫煤储层进行氧化刻蚀,降低其亲甲烷能力,而二氧化氯对煤层气解吸运移的促进作用要优于过硫酸铵。