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。     

不同变质成因无烟煤孔隙特征及其对瓦斯突出的影响

 煤的孔隙特征是影响瓦斯突出的重要因素。本文对三种不同变质成因的无烟煤进行了低温液氮吸附实验,分析了不同变质成因无烟煤的孔隙特征。提出了无烟煤低温液氮脱附回线区别于烟煤的新的类型。实验结果表明无烟煤的孔隙主要以微孔为主,孔隙类型主要为狭窄的缝形孔。深成变质作用无烟煤的孔隙结构要比区域岩浆热变质作用无烟煤的孔隙结构复杂且易发生瓦斯突出。     

构造煤的孔隙结构实验研究

通过对不同煤体结构的低温氮吸附实验发现,各孔径段的孔容比与比表面积比是不对应的,特别是微孔的孔容较小,但是比表面积较大。与原生结构煤相比,共生构造煤在各阶段孔容和比表面积都有所增加。煤储层孔隙是瓦斯的主要聚集场所,而且也是其运移通道;孔隙结构不仅制约着煤体的瓦斯含量,而且对解吸和扩散也有重要影响。     

煤的吸附特征及煤中孔隙的分布规律

采用低温氮吸附法实测煤的吸附等温线,对煤的吸附特征进行了总结,并分析了其形成原因;通过实测煤样的累计孔容及孔径分布,指出煤中孔是从小孔(分子级孔)至大孔的连续、完整的孔系统,而<50A°的微孔在其中占有主导地位。     

湘西北牛蹄塘组页岩孔隙特征及影响因素分析

为了研究牛蹄塘组页岩的孔裂隙特征和控制因素,对研究区牛蹄塘组页岩进行了系统采样,并针对性地进行了扫描电镜分析、压汞测试、低温液氮实验。结果表明:牛蹄塘组页岩孔隙主要以溶蚀孔、粒间孔、晶间孔、有机质气孔为主,还发育少量格架孔、摩擦孔等。孔隙平均孔径为14.451 nm。裂隙主要为构造裂隙,其中张裂隙最为发育。平均孔隙度为9.5%,喉道均值为13~16 nm,数值较大,具有较好的分选。退汞效率和最大进汞饱和度较高,孔渗条件较好。孔比表面平均为5.959 m2/g,总孔体积平均为0.014 2 mL/g,显示较强的储集性和吸附性。高的有机质含量有利于孔隙的发育,而随着变质作用的进行,Ro逐渐增大,孔隙度有减小的趋势,但孔隙分选变好。     

不同含水条件下黏土孔隙分布特征及甲烷吸附能力

选用常见的页岩黏土矿物伊利石和高岭石,开展了不同湿度平衡样品的N2吸附/脱附实验和高压CH4吸附实验,研究黏土矿物孔隙分布特征的变化,并从微观上量化评价含水饱和度,分析其对甲烷吸附的影响。研究结果表明:水分的存在主要影响黏土矿物微小孔隙的分布,高湿度条件下(RH=98%)的毛细凝聚作用导致微小孔隙(5.15 nm)在孔径分布曲线上消失及比表面积的大幅下降。同时研究表明:黏土吸水能力与微小孔隙发育程度密切相关,当RH=98%时,微孔更为发育的高岭石含水饱和度(S_w=71.43%)高于伊利石(S_w=46.15%),且在此条件下,由于小孔凝聚以及吸附特征的改变(气-固吸附转变为气-液界面吸附),样品甲烷吸附能力下降近85%。因此,干燥条件下的实验结果不能代表实际页岩储集特征。     

彬长矿区煤岩孔隙特征的实验研究

为了研究彬长矿区煤岩孔隙特征,采集彬长矿区大佛寺煤矿4#、4#煤层和胡家河煤矿4#煤层样品,通过肉眼挑选出宏观煤岩组分中的镜煤和暗煤,分别进行低温液氮吸附、扫描电镜实验。结果表明,大佛寺井田4#、4#煤层更有利于煤层气资源勘探开发;相对于镜煤而言,暗煤更有利于煤层气资源勘探开发。     

煤中不同显微组分孔隙结构特征研究

为了探讨低阶煤中不同显微组分的孔隙结构特征,选用新疆阜康矿区42号煤层和鄂东斜沟矿8+9号煤层的煤样,通过浮选法进行了2种原煤显微组分的分离,采用低温液氮吸附实验分别对2种原煤及各显微组分富集物进行了比表面积、孔体积、孔径等参数测试,对其等温吸附/脱附回线进行了分析。结果表明:原煤和壳质组符合II类吸附等温线,镜质组和惰质组符合III类等温线。与镜质组和惰质组相比,壳质组具有较高的小孔含量,并且孔体积和比表面积都较大,直径大于5.4 nm的孔中两端开放透气性孔较多,镜质组和惰质组仅含有极少量的两端开放透气性孔;壳质组比表面积和孔体积分形维数最小,镜质组最大。     

逆断层区域煤体孔隙结构及瓦斯吸附解吸特征研究

为了研究逆断层对煤体孔隙结构和瓦斯吸附解吸特征的影响,以贵州新春煤矿1503回采工作面为研究对象,选取与逆断层不同距离煤体煤样分别开展扫描电镜试验低温液氮吸附试验,得出煤体距离逆断层越近,受逆断层构造影响越严重,煤样孔容、比表面积提高,在相对压力0.4～0.5的区域低温液氮吸附回归曲线内存在轻微的拐点,说明煤样中存在丰富的墨水瓶孔;通过研究与逆断层不同距离煤体瓦斯吸附解释规律,得出瓦斯解吸量均随着平衡压力的升高而增大,在相同解吸平衡压力下,距离逆断层最近的煤体结构被改造越强烈,瓦斯吸附性能相对最强,瓦斯吸附量和吸附速率越大,并且解吸能力也相对越强。     

不同变质程度煤的孔径分布及其对吸附常数的影响

为研究煤的纳米级（<100 nm）孔径对吸附常数的影响,对9种不同煤样的孔径分布和吸附常数进行测试,测试结果表明：煤的变质程度越高,吸附常数a值越大,吸附常数a值随着煤变质程度的降低呈现出线性减小的趋势。煤的变质程度对大孔（>1 000 nm）孔容的影响较大,对微孔（<10 nm）比表面积的影响较大。采用曲线相似度法分析吸附常数a和b的主导因素,结果表明：纳米级孔比表面积决定煤的吸附能力,吸附常数a随着纳米级孔比表面积增加呈线性增加;纳米级孔的容积决定煤的吸附速率,吸附常数b随着纳米级孔容积的增加亦呈线性增加。     

山阳井田构造煤与原生结构煤的孔隙特征差异

为了研究山阳井田构造煤与原生结构煤的孔隙特征差异,对山阳井田构造煤与原生结构煤样品分别进行压汞、低温液氮吸附、扫描电镜等实验,结果表明与原生结构煤相比,构造煤的孔隙度、孔容、比表面积增大,其中大孔孔容、比表面积减少,中孔、小孔及微孔孔容、比表面积增大;构造作用促使构造煤中的惰质组破裂产生角砾,外形多呈不规则,尖角直棱,角砾之间没有位移或位移量很小,角砾孔多为大孔级孔隙,角砾孔大小以2μm左右居多,且连通性较好,相对有利于煤层气资源勘探开发。     

平顶山矿区主采煤层孔隙特征研究

对平顶山矿区主采煤层丁组、戊组和己组煤样进行低温氮气吸附试验,分析等温吸附-脱附曲线形态,计算孔体积和比表面积,研究了不同煤层的孔形态及其对瓦斯的吸附-解吸能力。实验结果表明:原始煤层煤样比表面积为0.026~2.988 m^2/g,以小于8 nm的孔为主;孔隙结构复杂,大量存在一端闭合孔和"墨水瓶"孔,增加了煤层瓦斯抽采难度。     

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。     

纳米氢氧化钙颗粒制备、表征及NO_x捕获性能研究

采用表面活性剂结构诱导均相沉淀法,通过控制Ca(OH)2晶体的生长,制备出颗粒均匀、单分散纳米Ca(OH)2粉体。采用SEM、XRD、BET、FT-IR等方法对样品进行了表征。对纳米Ca(OH)2粉体吸附捕获NOx气体性能进行了测试评价。当反应时间2h,添加质量分数10%PEG600、添加浓度0.086mol/L的SDS时,产物比表面积分别达28m2/g、55m2/g。颗粒粒径分别为:500nm～1μm、200nm～300nm;所制备Ca(OH)2在达到吸附饱和之前,对NOx具有良好的吸附去除能力。制备的Ca(OH)2粉体可用于液体推进剂泄漏处理。     

基于孔容和内比表面积分析的焦煤孔隙结构性差异研究

为探究煤的吸附孔结构对瓦斯放散特性影响机理,选择原相煤矿02、2号煤层原生煤及碎粒煤煤样,进行压汞法及低温氮吸附试验,来获得煤的孔容、比表面积等重要孔隙结构信息,并为确定工作面预测的煤层发生煤与瓦斯突出敏感指标、临界值和判定工作面突出危险性提供主要依据。     

热解条件对煤焦比表面积及孔隙分布的影响

在固定床反应器与高温沉降炉中由神木煤和华亭煤制得6组煤焦,考察了升温速率、热解温度对煤焦比表面积和孔隙分布的影响.煤粒在固定床中的升温速率为10 K/min,热解终温900 ℃;在高温沉降炉中升温速率大于1 000 K/s,热解终温为1 100 ℃和1 500 ℃,煤焦的孔隙结构采用低温氮吸附法进行分析.可以发现,快速热解煤焦的比表面积远大于慢速热解煤焦,并随着热解温度的升高而减小.说明挥发分在析出慢时易堵塞孔隙,而热解温度升高使快速热解煤焦的部分微孔转变为中孔和大孔,从而减小比表面积.     

和顺地区高煤级煤空间结构特征研究

为了研究和顺地区高煤级煤的空间结构特征对煤层气运移的影响,借助光学显微镜进行了显微裂隙分析,采用压汞法和比重瓶法测试了煤孔径结构和孔隙率。分析了高煤级煤宏观裂隙及显微裂隙的发育状况、各孔径段比孔容、比表面积的分布规律、孔隙的闭合及连通情况。结果表明,该区煤中裂隙总体不太发育,小裂隙与微裂隙较大、中裂隙发育,局部裂隙填充闭合。孔隙率较高,孔隙主要为开放性孔隙,含部分半封闭性孔隙,过渡孔和微孔的孔容和比表面积占据了主导地位,中孔含量较小,成为气体运移的瓶颈,这种空间结构分布虽然有利于煤层气的吸附,但不利于煤层气的产出。     

甲烷吸附前后高阶煤煤岩孔隙结构变化特征研究

为了查清甲烷吸附作用对煤岩孔隙结构的影响,对采集自西南多煤层地区的高阶煤开展了30℃、最大测试压力12 MPa的甲烷高压等温吸附测试,并对甲烷吸附作用前后煤岩的孔隙结构分别使用氮气探针和二氧化碳探针进行了测试。实验结果表明:高阶煤甲烷等温吸附在低压条件下表现出快速吸附的特征,过剩吸附量在达到最大值后下降;甲烷吸附作用后,煤岩低温液氮吸附滞后环减小,低温二氧化碳吸附量也减小,煤岩孔隙结构发生变化,煤岩中微孔、介孔和大孔的孔容和孔比表面积均下降,微孔孔容和孔比表面积下降明显,且不同孔径孔容、孔比表面积的减少具有分段效应,主要为孔径小于1 nm的微孔和孔径小于8 nm的介孔;高阶煤煤岩孔隙结构的改变与甲烷吸附作用中较高的测试压力有关。     

赋存CO煤层孔隙结构及其演化特征研究

为研究开滦矿区含CO煤层煤孔隙结构演化特征,采用扫描电镜、压汞实验、电子显微镜对不同煤级的煤进行了测试。研究表明,赋存CO煤层孔隙结构局部为碎粒孔,裂隙为张性外生裂隙;孔径结构以过渡孔、微孔为主,大孔、中孔含量很少;大孔、中孔在Ro,max为0.8%左右,出现明显增加的趋势,随Ro,max增加,过渡孔减少,微孔增加;孔隙率在Ro,max为0.8%附近,出现激增的现象;内比表面积在Ro,max为0.8%附近,出现低点。研究认为煤层中含CO可能在此时由于构造应力作用产生。     

基于低温氮吸附法的焦煤孔隙表面分形特征

以焦煤的孔隙表面及其分形特征为研究对象,基于低温氮吸附法实验,测定煤样BET和Langmiur比表面积。根据低温氮吸附和脱附曲线特征,定性分析不同焦煤煤样BET法比表面积测值与实际值的偏差。分析比表面积与BJH脱附微孔孔容的关系,认为焦煤比表面积主要受控于脱附微孔孔容。分别计算Freundlich表面分形维数、Langmiur表面分形维数、FHH表面分形维数,认为造成较低覆盖度下FHH表面分形维数大于较高覆盖度下FHH表面分形维数的原因:一是焦煤表面具备多重分形特征;二是多层吸附(毛细凝聚)导致焦煤表面粗糙度下降。较低覆盖度下FHH表面分形维数与焦煤比表面积具有弱正相关性。