水分对煤中吸附甲烷解吸影响研究现状及思考

为了掌握水分对煤中吸附甲烷解吸影响的研究进展情况,从实验室方法、工程实践、数值模拟和影响规律4个方面进行了系统地研究分析,研究结果表明,目前研究还存在基础理论匮乏、实验室测试方案未紧密结合工程背景、水力化措施促抽效应研究不够全面、数值模拟过于简化和理想化、水力化措施施工装备尚未达到智能化等不足之处.基于此,下一步应结合...     

声场作用下煤中甲烷解吸扩散的特性

为了深入研究超声波的机械振动效应、热效应、空化效应提高煤层气抽采率的机理,研制了可控声场作用下甲烷吸附、解吸试验系统。实验研究了不同频率的超声波、不同声强的声波作用下煤中甲烷的解吸特性,得出：不加声场与声场作用下煤中甲烷的解吸动力学特性一致,甲烷解吸全过程中,初始解吸速度较快,随时间的增加,解吸速度越来越慢,最终趋于0;声场作用下甲烷的解吸量增加了20%～90%,且解吸量随声强的增大而增大;煤中甲烷的扩散规律可用单一扩散模型描述,声场作用下传质毕欧准数减小,扩散系数增大,表明声场作用使煤体内部扩散阻力减小,传质速度加快,扩散能力增强,有利于煤中甲烷的解吸、扩散。     

煤与页岩中瓦斯解吸特性对比实验研究

为了分析煤与页岩中瓦斯解吸特性,以四川盆地龙马溪组黑色页岩和重庆南桐煤矿无烟煤为研究对象,利用瓦斯吸附/解吸装置,开展了不同温度条件下的瓦斯解吸实验,研究结果表明：瓦斯初始解吸速率极快,随着时间的增加,解吸速率逐渐减小,解吸量最终达到最大值;随着温度的增加,瓦斯最终解吸量增大,煤的解吸量增幅明显大于页岩;同等条件下煤在瓦斯解吸量和解吸时间上大于页岩,但页岩的瓦斯解吸速率大于煤。基于渗透模型,通过引入曲率的概念,将瓦斯解吸过程划分为急速解吸、快速解吸、缓慢解吸、极缓解吸4个阶段。     

在交变电场声场作用下煤解吸吸附瓦斯特性分析

在交变电场、声场作用下对煤解吸、吸附瓦斯特性进行了实验研究。得出在交变电场作用下，煤样吸附甲烷的量能很好地遵从Langmuir方程。随交变电场电压增大，吸附常数a变化不大，而吸附常数b却逐渐减小。交变电场的作用减弱了煤的吸附能力和解吸能力，减缓了含甲烷煤的解吸过程。声场的作用使煤的吸附量明显减少，吸附能力降低，且煤的瓦斯吸附量随声强增大而减小。     

声场促进煤中甲烷解吸的机理研究

实验研究了不加声场和加声场条件下煤中甲烷的解吸特性。研究得出：两种条件下甲烷的解吸动力学曲线形状一致,能用经验公式、扩散模型、渗透模型来描述,且扩散模型能较好地描述甲烷气体的解吸特性;甲烷在解吸过程中,初始解吸速度较快,随时间的增加,解吸速度越来越慢,且初始解吸速度随气压增大而增大;声场作用下甲烷的解吸总量大于不加声场作用,解吸总量增加20%～30%;甲烷在煤体中的扩散可用单一扩散模型描述,声场作用使单一扩散模型的传质傅里叶级数增大、传质毕欧准数减小。研究表明,声场作用使煤体内部扩散阻力减小,传质速度加快,扩散能力增强,有助于促进甲烷的解吸扩散。     

大佛寺煤储层甲烷解吸的传质过程研究

以CH4解吸过程CH4的质点运移过程、能量来源与传递为研究目标,剥离大佛寺4号煤的镜煤与暗煤,进行工业分析、煤岩分析、液氮吸附、压汞实验、润湿性测定、吸附/解吸等对比实验,进行吸附热计算。研究认为:按照传质功能分类,煤的孔隙分半开放孔与连通孔,镜煤吸附量大,以半开放孔为主,暗煤以连通孔为主;降压湍动引起水的蒸汽化,H2O的吸附放热导致CH4的解吸,降压解吸的本质是竞争吸附,表现为置换解吸;煤层气的产出的传质过程是低溶解度的CH4气核空化过程(Cavitition)。煤的吸水、平衡水实验与CT扫描结果初步验证了我们对煤层气产出的传质过程认识。研究结果补充了解吸作用的能量来源问题。     

温度及含水量对煤吸附甲烷特性影响的实验研究

利用瓦斯吸附常数测定仪,对高瓦斯煤样进行了温度及含水量影响吸附甲烷特性的实验研究。研究结果表明:温度与吸附常数a及温度校正系数之间呈负指数关系,与吸附常数b呈正指数变化;煤样含水量与吸附常数a、水分校正系数倒数之间呈一次线性关系,而与吸附常数b之间没有固定的关系式;最后得到煤层瓦斯含量与温度校正系数及水分校正系数之间的关系式。研究结果对于进一步研究煤对甲烷吸附特性、完善间接法测定瓦斯含量具有一定的理论指导意义。     

不同温度及注水压力条件下瓦斯解吸特性实验

为了研究高压注水后含瓦斯煤体的恒温及升温解吸规律,采用自主研制的吸附-注水-加热-解吸成套实验系统,针对不同条件下含瓦斯煤体的解吸特性,从沁水煤田古城煤矿和高河煤矿现场取样,进行了相应的实验研究,得出含瓦斯煤体在不同注水压力、不同吸附压力和不同温度条件下,其解吸特性的变化规律。实验结果表明:相同吸附压力下的未注水自然解吸,高河煤样的解吸率高于古城煤样;随着注水压力的增加,恒温条件下含瓦斯煤体的解吸率呈非线性规律衰减,当到达一定高的注水压力时,衰减会趋于稳定;升温可以有效促进注水后含瓦斯煤体的解吸,并且随着注水压力的增加,加热的促进作用越明显。     

不同矿化度水对煤的甲烷解吸影响的试验研究

为了研究水分及其矿化度对煤样甲烷解吸的影响,以平顶山矿区己16-17煤样为例,开展了干燥和不同矿化度(0、2、5、15 g/L)饱和水条件下煤样的等温解吸试验,探讨了不同矿化度水对煤的甲烷解吸性能的影响。结果表明:不同矿化度水的存在,大幅减小了煤的甲烷解吸初速度、解吸总时间和甲烷解吸总量;不同程度地增加了各时间段甲烷解吸量占解吸总量的比例,但该比例的增幅随平衡压力的增大而呈现不同程度的下降;但对煤的甲烷解吸拟合规律影响不大。对于不同矿化度饱和水煤样,不同平衡压力下,各煤样前期解吸速度衰减都较快;相同平衡压力下,随矿化度的增大,各煤样甲烷解吸的初期速度、解吸总时间和解吸总量均呈现先增大后减小的规律,解吸总量最大时矿化度约为2.5 g/L;此后,解吸总量逐步减小,减小幅度逐步降低,当矿化度为15 g/L时,煤样的甲烷解吸总量甚至低于0 g/L饱和水煤样;甲烷解吸总量不会一直下降,当矿化度大于20 g/L时,其对甲烷解吸总量的变化无明显作用。研究认为水分子除了竞争占据甲烷分子的吸附点位外,还多层吸附于煤表面占据甲烷吸附通道,进一步减少了煤对甲烷的吸附量;当水分增至饱和时,多余水分会以游离态赋...     

变温条件下颗粒煤吸附甲烷微生物降解能力实验

从煤矿回风巷土壤中分离出1株TypeⅠ型Methylomarinum属甲烷氧化菌,利用微生物降解颗粒煤吸附甲烷实验装置,研究了该菌在高瓦斯压力、低氧含量静态环境中甲烷降解率随降解时间增加的变化规律,以及环境温度变化对其甲烷降解效能的影响。实验结果表明：甲烷降解率随着降解时间的增加而增大,表现为前期快速增大而后缓慢增大,最终趋于一定值,并满足关系式y=ax²+bx+c;不同氧气浓度环境下由于甲烷氧化菌代谢机制的不同,甲烷降解率呈现较大差异;在温度15～40 ℃内,甲烷降解体积随着温度的升高先增大而后迅速减小,符合关系式y=ax³+bx²+cx+d。     

不同温压条件下煤瓦斯吸附特性的试验研究

为研究温度、压力对煤吸附瓦斯性能的影响,进行了不同温度下煤的瓦斯等温吸附试验。试验测试出煤样在35℃、50℃、65℃、80℃、105℃下的等温吸附线。研究表明:随着温度的升高,同一压力下煤样的吸附量减小,温度越高,吸附量减小趋势越明显;温度相同时,煤样的吸附量随着压力的增大而增大;在某一温度区间内,随着温度的升高,煤样的吸附常数a、b值线性递减。     

煤体解吸甲烷规律及解吸后微结构特征研究

在新兴能源产业提质增效的迫切要求下,积极推进煤层气产业发展对于缓解目前国内能源现状具有重要意义。地层应力约束下煤储层吸附解吸瓦斯特征直接关系到瓦斯抽采作业的布置方式。基于此,对应力约束状态下煤体对甲烷的吸附和解吸特征进行了试验研究,同时对解吸甲烷后煤体内部结构特征进行了CT扫描测试和分析。结果表明：煤体对甲烷的吸附量与孔隙压力几乎呈线性关系,符合Langmuir模型|80℃是煤体解吸甲烷较为合理的温度点|解吸甲烷后煤体内部会形成较多孔隙,发育较多的次生裂隙,不同层位孔隙率在6.32%～9.38%之间,平均孔隙度可达7.4%|在不同类别孔隙中,孔径低于30μm的孔裂隙比例高达76.36%|总体上,煤体中孔径较小的孔裂隙结构是甲烷解吸、扩散以及运+移的主要通道。     

不同温压作用下煤体对甲烷吸附量及其变形的试验研究

基于温度和压力会影响煤体对甲烷吸附的这一特性,研究了煤体在不同温度和压力下对甲烷的吸附量和吸附过程中煤体的变形量,结果表明：随着温度的增加,煤体对甲烷的吸附量减小,升温对煤体的吸附能力起抑制作用|吸附甲烷后的标准煤样的轴向变形量与温度呈负相关关系,而与孔隙压呈正相关关系。在同一温度下,随着孔隙压力的增大,甲烷在煤体中的吸附量几乎呈线性关系增大|当温度为80℃时煤体发生显著的压缩变形。     

颗粒煤和原煤瓦斯解吸特性差异实验研究

利用自主研发的高压变温吸附解吸实验装置,进行了颗粒煤和原煤在不同吸附平衡压力下的瓦斯解吸实验,并对原煤和颗粒煤解吸特性差异进行对比分析。结果表明:在解吸的前60 min内,颗粒煤的瓦斯解吸量要比原煤的瓦斯解吸量大得多;颗粒煤瓦斯解吸速度始终大于同时段内原煤瓦斯解吸速度,但颗粒煤的瓦斯解吸速度衰减得更快,尤其是在解吸初期表现得更加明显。     

煤储层特征对瓦斯解吸影响

作为一种非常规储层,煤储层特征对瓦斯解吸特性具有显著影响。基于低温液氮吸附法并结合电镜扫描(SEM),针对霍尔辛赫等5个典型煤储层结构特征进行了定量分析。在此基础上,分析煤储层结构参数对煤体瓦斯解吸的影响。     

恒温解吸附煤样低温氧化特性试验研究

为了研究解吸附煤样的自燃特性,运用煤低温氧化试验系统测试了煤样在氮气条件下恒温解吸附及解吸附再次氧化升温特性,分析了解吸附过程的气体产物规律和解吸附煤样的自燃特性参数,研究原煤和解吸附煤样的氧化、放热特性。结果表明:恒温解吸附过程中产生CO、CO_2、CH_4气体,CO_2的气体产生量远大于CO、CH_4,随着箱温温度的升高,气体产量也增大;与原煤相比,恒温30℃和50℃解吸附煤样的耗氧速率、放热强度均小于原煤;在70℃之前,恒温70℃解吸附煤样与原煤的耗氧速率和放热强度相似,在90~110℃之间出现交叉温度点,交叉温度点之前原煤的耗氧速率、放热强度大于恒温70℃解吸附煤样,之后小于原煤,说明不同恒温解吸附过程对煤的自燃特性的影响具有一定的差异。     

煤岩层理效应对甲烷吸附-解吸影响的试验研究

为了研究煤岩试件中的层理倾角对甲烷吸附-解吸的影响,通过实验室制取层理试件,并通过特制仪器进行室内试验,研究了煤岩试件在甲烷吸附-解吸过程中,层面倾角对其影响规律,得出以下结论:甲烷在吸附-解吸过程中,随煤岩层面倾角增大,层理接触面在试件中的长度、接触面积随之增大,因此吸附、解吸速度增大,吸附量、解吸量增大;煤岩试件吸附瓦斯量对其体积变化有较大影响,吸附量越大,体积应变越大。     

基于红外作用条件下瓦斯解吸特征实验研究

为了研究红外作用条件下的颗粒煤吸附/解吸特征,采用自主研发的红外条件下的吸附/解吸装置,通过不同红外温度条件下颗粒煤解吸实验以及红外和水浴条件下颗粒煤解吸对比实验,结合不同吸附/解吸公式对实验数据进行拟合分析。研究结果表明:红外能够促进颗粒煤解吸,增大解吸速率,增加解吸量;在相同的吸附条件下,红外作用下的解吸总量是水浴条件下的1.3~1.4倍;红外作用下颗粒煤的解吸符合有上限单调递增函数,且王佑安式能很好的描述解吸特性。     

甲烷气氛下煤低温氧化产气规律实验研究

为研究煤矿采空区含瓦斯和不同氧氮比气氛对浮煤自燃的影响,建立了煤低温氧化实验系统,设计了不同氧氮比和甲烷体积分数的18组实验气氛方案,并在此气氛下对自燃煤层煤样开展程序升温氧化实验。研究表明,高氧氮比气氛下煤样CO初始产出温度比低氧氮比气氛低,同时高甲烷组分抑制CO生成;C_2H_4产出随甲烷体积分数增加而降低,随氧氮比减小而降低,氧化气氛中甲烷对C_2H_4产出有一定的抑制效应;在拐点温度后,高氧氮比、低甲烷组分下CO_2产出速率高于低氧氮比、高甲烷组分;C_2H_6产出到160℃时达到峰值,随后产出量缓慢下降。