煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸的影响

为了研究煤的非均匀势阱分布及其对甲烷吸附/解吸过程的影响,在吸附科学和分子动力学理论基础上建立了非均匀势阱模型。该模型可以表征煤的吸附/解吸性能以及精确计算出煤体内不同势阱所对应的势阱数量。为了验证非均匀势阱模型对煤的吸附/解吸性能方面的表征能力的准确性,将其与Langmuir模型分别对甲烷吸附/解吸过程进行拟合,再将拟合数据和等温吸附线的相关系数分别进行比较。结果表明,非均匀势阱模型在表征煤体的吸附/解吸性能方面更优。在研究煤体内的势阱分布时,发现煤在不同温度压力下对甲烷的吸附/解吸过程中,煤体内的势阱分布出现明显差异。在分析煤的势阱规律时,发现在吸附阶段煤体内的势阱数量比解吸阶段多,但解吸过程中煤的平均势阱深度比吸附过程大。并且平均势阱深度随着煤阶的降低而降低。在吸附阶段势阱数量集中在某个势阱深度的范围内,但在解吸阶段势阱数量的分布相较而言就更分散。在同一温度下,势阱数量随着煤阶的降低而减少。从势阱分布来看,在相同温度下,高煤阶煤的势阱分布方差明显比低煤阶煤的势阱分布方差要大得多。温度上升会使得平均势阱深度随着温度的升高而下降。对于同一煤阶而言,温度的变化对5～15 kJ/mol内...     

天然煤体吸附甲烷的非均匀特征研究

为了寻求非均匀势阱煤体甲烷吸附量精准评价的方法,依据朗格缪尔吸附动力学过程,对存在非均匀势阱的天然煤体吸附甲烷特征进行了理论分析与实验研究。研究结果表明:在煤与甲烷吸附平衡状态,煤中甲烷分子倾向于吸附在势阱较深的吸附位置上,不同深度势阱的覆盖率符合以吸附压力与温度为参数的Logistic(S型)曲线规律;天然煤样的朗格缪尔参数a均随吸附压力增加呈增大趋势,朗格缪尔参数b随吸附压力的增加呈减小趋势;不同种类的天然煤样吸附势阱分布的差异性,导致不同吸附压力下的朗格缪尔参数a与b的不同;基于朗格缪尔方程的天然煤体甲烷吸附量计算值在低吸附压力下偏高,在高吸附压力下偏低;利用非均匀势阱等温吸附量计算方法可以使煤中甲烷吸附量的计算误差大幅降低。     

煤中水分对煤吸附甲烷量的影响

借助新型容量法高压吸附装置,对不同煤种6个原煤进行了测定。通过对3个煤种各种水分含量煤样吸附等温线的实测,得出了考虑煤挥发分影响的新的水分对甲烷吸附量影响的经验公式。与国内外现用经验式相比,新经验式考虑了煤种的影响,实践证明较现用经验式更为适用。     

关于煤甲烷吸附体系吸附规律的试验研究

该文依据气体吸附与凝聚的基本理论,通过实验探讨了常温下甲烷吸附体系对各种等温方程的适用性,分析了用朗格缪尔方程描述对甲烷吸附规律的不足,指出常温下煤对甲烷的吸附应是单层的。     

基于吸附势理论的煤吸附超临界甲烷研究

为了探究超临界甲烷吸附特征,提出超临界甲烷等温吸附线,并以此为研究基础。根据吸附势理论,计算并绘制了不同温度下吸附相体积随吸附势变化的吸附特性曲线,结果表明不同温度等温吸附特性曲线可用1条曲线或统一方程式表示,这从理论上验证了超临界甲烷在煤表面上的吸附也主要取决于与温度无关的色散力作用。由这种特性建立了超临界甲烷吸附模型,实现了根据已知等温吸附试验数据预测不同温度、压力下的超临界甲烷吸附量,克服现有的等温预测的局限性。但是当温度超过一定范围,吸附相密度不能由极限密度代替,由于分子重排作用,吸附相密度改变,造成预测误差。     

煤与甲烷气体相互作用机理的研究

甲烷气体 (瓦斯 )主要以游离和吸附态赋存于煤中已形成共识。但是关于煤层内真实甲烷气体状态方程与理想气体状态方程的偏差认识尚有不清 ,对煤表面吸附甲烷气体的相互作用机理的认识尚有差距 ,应用统计热力学与量子化学的理论 ,结合实验量化计算结果 ,对上述诸问题进行了分析和探讨。研究结果表明 :提出的真实甲烷气体状态的经验方程能更客观地反映煤层内游离甲烷气体的真实状态 ,用Morse势能经验函数能较客观地描述煤的芳香核表面吸附甲烷分子的相互作用过程 ,煤核表面吸附甲烷分子以正三角锥重叠式排列为最稳定的结构模型 ,而且以单层为主的物理吸附为特征。     

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...     

煤表面非均匀势阱吸附甲烷特性数值模拟

利用蒙特卡洛方法建立了煤与甲烷吸附动力学的数值模型,并对两种非均匀势阱煤样模型的吸附甲烷过程进行计算,分析其在不同温度与吸附压力下吸附甲烷特性以及吸附热的变化规律。研究表明:非均匀势阱煤样模型等温吸附过程与理想朗格缪尔曲线有明显不同,等压吸附过程可利用负指数规律精确描述。煤样模型势阱深度分布的非均匀特征对煤与甲烷吸附热,以及吸附量对于温度和压力的敏感性均有一定影响。通过对不同吸附压力下吸附速率参数b的拟合计算,推导出非均匀势阱等温吸附方程,物理实验验证表明该方程对真实煤样吸附解吸甲烷过程的描述比理想朗格缪尔方程更加精确。     

红外成像技术在浅部火区范围探测中的应用

乌兰矿和白芨沟煤矿地表火区形成的原因和方式比较复杂,其浅部火区主要以露头火区和渣台火区为主,伴随矿井的开采,地表裂隙的贯通,在负压供风条件下,地表浅部火区CO通过裂隙进入采空区,严重影响了矿井的正常安全生产.在采用红外热成像技术,使用红外热成像仪对乌兰矿和白芨沟矿浅部火区进行多次探测后,通过对探测结果的分析和处理,确定了目前状态下乌兰矿和白芨沟矿浅部火区自燃程度和燃烧面积,为现阶段防灭火方案效果评价及其下一步防灭火措施的制定提供了理论依据和数据保障.     

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。     

基于红外成像技术的煤矿火灾治理

为了快速准确地测出煤层火源位置、范围和燃烧程度,采用红外成像技术对河北煤矿主斜井火区进行了探测,确定火区位置,检验灭火效果。该技术能够准确探测火区表面煤岩体的温度,初步判断火情;对煤岩体表面温度异常区域及其周边设置钻孔,通过观测孔内温度可判断火区范围和煤体燃烧程度,从而确定治理方案。结果表明:在治理过程中利用红外成像仪观测钻孔内的温度变化情况可以更直观地了解灭火效果,说明红外成像技术在治理浅部煤矿火灾中成效显著。     

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。     

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。     

寺河3号煤甲烷吸附解吸热力学特征

为研究煤层气排采过程CH4解吸内在热力学特征及水蒸汽在排水降压产气过程中的作用机理,在20,25,30,35,40℃五个温度点对寺河3号无烟煤(WY)进行等温吸附解吸实验,利用Clausius-Clapeyron方程计算等量吸附热和极限吸附热。结果表明,升压(吸附)过程和降压(解吸)过程极限吸附热分别为23.31 kJ/mol和24.02 kJ/mol,属于物理吸附,但后者大于前者。从热力学角度看,吸附解吸平衡体系中,降压不足以导致煤层甲烷解吸,但降压促使液态水在煤孔隙中形成局部低压,水分子汽化,水蒸汽分子在煤孔隙表面吸附产生的吸附热约为40 kJ/mol,远大于甲烷吸附热,水蒸汽吸附置换煤孔隙表面吸附的甲烷,最终导致甲烷解吸。     

溶剂萃取前后煤吸附甲烷特征对比及机理研究

为分析溶剂萃取前后煤吸附甲烷气体的特征差异,采用四氢呋喃溶剂对不同地区不同变质程度的4个煤样(长焰煤、气煤、焦煤、无烟煤)进行了萃取试验,并对原煤和萃取后煤样进行了低温液氮吸附试验和甲烷等温吸附试验,同时对萃取物进行了气相色谱-质谱分析.结果表明,平衡水分条件下原煤对甲烷的吸附量要高于萃取后的煤,干燥条件下萃取后的煤对甲烷的吸附量要高于原煤.通过综合分析,指出煤的变质程度、孔隙结构和水分是造成不同煤阶煤萃取前后吸附差异的主要因素,由此进一步探讨了溶剂萃取前后煤中芳香结构与脂肪类化合物对煤吸附气体的综合影响.     

水对甲烷在煤狭缝中吸附影响的分子模拟研究

对沁南东-夏店区块煤样的元素含量、官能团、微晶结构、孔径分布等性质进行了分析,基于分析结果构建了煤结构的计算机模型。采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法和分子动力学(MD)方法研究了含水量对甲烷在煤狭缝中的吸附量和吸附构型的影响规律。