煤吸附甲烷能力的影响因素研究进展

煤的吸附性能是煤层气资源可采性评价的重要技术参数。在实测数据和收集前人大量数据的基础上,分析并综述了影响煤吸附甲烷能力的主要影响因素。影响煤对甲烷吸附量的因素包括煤岩自身因素,即煤级、煤岩显微组成、煤岩粒径、灰分含量、水分含量及水的赋存状态、物理化学结构等;和外界环境因素,即温度、压力及温压综合条件等。     

煤体温度压力变化对瓦斯吸附性能影响的实验研究

从微观上分析研究了煤吸附瓦斯的本质,进而根据等温吸附实验结果研究了不同温度、不同瓦斯压力情况下煤的吸附性能变化规律,并讨论了Langmuir常数随温度的变化关系式,为研究瓦斯在煤层中赋存规律提供了理论基础。     

温度对煤吸附性能的影响

为了研究温度对煤体吸附甲烷性能的影响,采用WY-98B型吸附常数测定仪,选取了含气量较高矿井的3种煤样,进行了不同温度下吸附甲烷的等温线测试,并据此拟合出了温度与Langmuir吸附常数a的曲线方程.利用计算煤表面能的方法,推导出了温度与Langmuir吸附常数b的关系.实验及计算结果表明：随着吸附温度的升高,煤体吸附甲烷量变小,压力越大这种变化趋势越大;Langmuir常数a随温度的增大而减小,吸附量越大的煤样,其吸附常数a随温度变化的剧烈程度越大;Langmuir常数b与温度的关系依赖于吸附温度T、吸附平衡时的压强p_t以及煤自身物理性能所决定的常数k;在一定温度范围内,温度对吸附常数的影响可以用具体的函数关系式表示.     

温度-压力-吸附和煤与瓦斯突出的关系探讨

利用沁水盆地大宁煤矿的原生煤和构造煤系列等温吸附实验数据求各自温度-压力-吸附之间的相互关系。结果证实吸附过程是放热过程。定义了等量吸附焓、单位等量吸附焓和单位等量解吸焓。计算出在吸附量均为45 cm~3/g时,构造煤的单位等量解吸吸热比原生煤要少吸热0.158 kJ/(mol·cm~3·g)。相较于原生煤,构造煤优先解吸;相较于放热过程,埋深强化解吸;相较于原生煤,构造煤更容易从环境中吸入解吸所需的能量;相较于原生煤,构造煤自身的低渗透率和低坚固性系数更容易导致煤与瓦斯突出的发生。     

温度和压力对煤热解影响的研究

在不同压力及不同温度下对内蒙烟煤进行热解研究,考察温度和压力对热解产物产率及热解气体组成的影响规律。研究表明:随着热解压力的增加,内蒙烟煤的气体产物和固体产物总量增加,液态产物减少,其焦油产率降低、半焦产率增高,干馏气中H2和CO含量下降、CH4含量上升;随着热解温度的增加,其焦油产率先增加后减少,干馏气中H2含量不断上升,即热解温度升高可使气相产品的产率增大及液相产品产率降低。     

煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型

选取暗褐煤、气煤、焦煤、贫煤、无烟煤和超变无烟煤等有代表性煤阶的系列煤样,进行了20,30,40,50 ℃等不同温度下的高压等温吸附试验;应用吸附势理论,研究了煤的甲烷吸附特征曲线的形态特点,推导出新的煤吸附甲烷的温度-压力综合吸附模型,并给出了模型中特征常数的求取方法;利用大量高压等温吸附试验数据对该模型的预测结果进行了验证,并且与兰米尔(Langmuir)等温吸附模型进行了比较.结果表明,该模型的预测结果与吸附试验数据非常吻合,平均相对偏差小于5%,说明该模型能够很好地描述温度和压力共同作用下,包括特低煤阶的暗褐煤和特高煤阶的超无烟煤在内的全部煤阶的煤对甲烷的吸附特性;比兰米尔(Langmuir)等温吸附模型的功能更强,适用范围更宽.      

温度对煤吸附甲烷的影响研究进展

我国煤层气资源丰富,但是在煤炭开采过程中大量低浓度煤层气的排空,致使其综合利用率偏低。煤对甲烷的吸附受多种因素制约,其中温度对其影响争议较大,主要原因在于对温度的影响认识不清,尤其是温度压力综合效应以及低温状态下(T0℃)的影响。文章根据不同温度下甲烷的吸附特征,综合论述了温度对煤吸附甲烷的解吸特征、吸附热、孔隙扩散和吸附理论模型等方面的影响规律,温度的研究范围主要集中在10~80℃,对于低温条件下的吸附特征,文献中鲜有报导。为更进一步认识温度的影响规律,有必要扩展温度的研究范围,探索低温条件下甲烷的吸附特性,为现有煤层气浓缩技术提供新的研究思路。     

基于不同温压条件等温吸附实验的低煤级储层吸附气含量估算方法

为系统分析低煤级煤储层原位吸附气含量,收集了8个样品在25℃和45℃平衡水条件下的等温吸附资料,开展了2个低煤级煤样平衡水条件下等温吸附实验,提出了基于不同温压等温吸附实验的低煤级储层原位吸附气含量预测方法。结果显示:低煤级煤吸附气含量随温度增大而减小,甲烷吸附递减量随压力增加呈指数变化而非线性变化,基于预测方法对海拉尔盆地4煤样和准噶尔盆地南缘阜康矿区F1井钻遇层位原位条件下的吸附气含量进行了估算,结果显示低煤级储层吸附气含量随埋深增加而增加,但增加趋势不明显,与中-高煤级储层吸附气含量随埋深增大变化趋势不同,同时预测结果为F1井实测含气量所验证。本论文成果有助于低煤级储层煤层气的勘探与开发。     

温度对煤的瓦斯吸附常数影响实验研究北大核心

采用HCA-1型高压容量法瓦斯吸附装置,对煤样进行了不同温度下的吸附瓦斯等温线测试,研究了温度对煤的瓦斯吸附常数的影响,并结合物理化学方法,建立了煤的瓦斯吸附常数随温度变化的函数关系。在进行深部矿井瓦斯抽采工程设计中,该研究成果可为煤层气资源评价提供科学依据和理论指导。     

煤吸附甲烷能力对温度压力变化的响应特性

为了研究煤吸附甲烷能力对温度压力变化的响应特性,选用平顶山己15-17煤层煤样,进行了-20、-10、0、10、20℃条件下高压等温吸附试验,并运用MATLAB软件对试验数据进行了分析。结果表明:特定温度下煤对甲烷的吸附量随着压力的增大而增大,当压力增大到某一特定值,吸附量趋于稳定;如果压力从0 MPa逐渐上升到8 MPa,同时温度从-20℃逐渐上升到20℃的过程中,在压力上升至6.3 MPa之前,压力对吸附量的影响起主导作用。当压力大于6.3 MPa时,温度对吸附量的影响起主导作用;在温度与压力综合影响吸附量的同时,压力制约温度对吸附量的影响效果,温度制约压力对吸附量的影响效果。     

抽放煤层气变压吸附过程的数学模拟

建立了变压吸附过程的非等速、非线性等温平衡模型,并对浓缩抽放煤层气中CH4的变压吸附过程循环进行了数值模拟,理论计算结果与实测数据相符,表明本模型是适用的。利用该模型详细讨论了吸附柱内CH4的浓度分布。     

煤低压吸附瓦斯变形试验

在瓦斯抽采和煤炭开采过程中,始终伴随着煤对瓦斯的吸附和解吸,煤吸附瓦斯发生膨胀变形,解吸瓦斯发生收缩变形。利用自制的吸附解吸试验装置,测试了煤在低压吸附瓦斯过程中煤体变形规律。试验结果表明：煤样在同一瓦斯压力下的吸附变形分为快速增长、缓慢增长、平衡3个阶段;煤体吸附瓦斯膨胀变形呈各向异性,垂直层理方向和平行层理方向的变形整体变化趋势呈现一致性;在等梯度加压吸附过程中,随着吸附瓦斯压力的不断增大,煤样吸附膨胀变形梯度值逐渐呈增大趋势;一次加压吸附煤膨胀变形量小于等梯度加压吸附至相同吸附压力值时的累积变形量。     

循环灰作为固体吸附剂脱除高温烟气中碱金属蒸汽研究

准东煤等高钠煤在使用过程中为避免由于碱金属(主要为钠钾盐)引起的锅炉沾污、结渣及腐蚀等问题。选择具有丰富空隙结构的循环灰作为高钠煤添加剂,并与碱金属盐(NaCl)进行掺混,分别采用热重分析仪(TGA)和马弗炉进行掺烧实验,研究了不同温度(800,850,900℃)、不同掺混比例(1%,2%,3%,5%,8%)下循环灰对碱金属盐的吸附特性。实验结果表明:在800,850,900℃下,分别以NaCl∶循环灰=8∶100的比例进行掺烧,分别在约125,65,30 min后质量达到稳定。马弗炉实验结果表明,在800,850,900℃及8%掺烧比例下,循环灰最终吸附NaCl的增重量可达5.56%,3.61%,2.96%,且随着温度升高,循环灰增重量呈下降趋势。相同温度下,循环灰增重量随着掺烧比例的增长几乎呈线性增加。随着温度的升高,相同掺烧比例下循环灰的增重量降低。实验证明,循环灰可有效吸附外部加入的NaCl,可以用作燃用高钠煤时吸收高温烟气中钠的添加剂。     

瓦斯吸附对煤体的影响分析

利用自行研制的实验装置研究了在瓦斯压力变化过程中煤体吸附瓦斯后发生的变形,并在已有研究的基础上讨论了瓦斯对煤体的影响。研究结果表明：煤样吸附瓦斯气体后发生膨胀变形;游离和吸附瓦斯的存在会削弱煤体的强度,使煤体脆性度增大,其失稳破坏更易发生,煤体失稳破坏进程加快;煤体吸附的瓦斯气体中吸附性越强的气体所占比例越大,煤体发生的膨胀变形将越大;在现场受限条件下,煤体产生的膨胀应力越大,煤体的强度降低得越多。     

铁法煤田煤层赋存特征及其影响因素分析

根据地质勘探和矿井开采资料,归纳总结出铁法煤田煤层赋存特征,并简要分析了煤层赋存的影响因素, 对今后煤田预测具有一定的指导作用。     

煤层软硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响

为研究煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性及其对瓦斯赋存的影响,分析了煤层内软分层的形成机理及结构特征,采集了我国多个煤与瓦斯突出矿井的煤样作为试验对象,应用高压容量法开展了软、硬分层煤样吸附瓦斯性能参数的对比试验,探讨了软煤、硬煤吸附性能的差异性。在此基础上,对煤层软、硬分层吸附瓦斯性能差异性与瓦斯赋存特征之间的关联进行了研究,结果表明：试验煤样软分层的极限吸附量均大于硬分层;随着瓦斯压力的增加,试验煤样软、硬分层瓦斯含量的差值逐渐增大,其曲线的变化特征与Langmuir方程类似,并且软、硬分层瓦斯含量数值的差异主要由吸附量差值构成;煤层软、硬分层吸附瓦斯性能的差异不仅对煤层原始瓦斯赋存特征有着显著的影响,同时还将影响煤巷掘进、瓦斯抽采过程中煤体内瓦斯流场的分布规律,需要根据煤层软、硬分层的组合特点,制订切实有效的瓦斯抽采技术方案。     

高温高压下页岩气等温吸附线拟合模型优选

为研究贵州牛蹄塘组页岩气在高温高压下的吸附规律,利用高压气体等温吸附仪测定了50℃、60℃、80℃下CH_4、CO_2在页岩中的等温吸附线,采用符合吸附规律的吸附模型对等温吸附线进行拟合,并用平均相对误差评价拟合效果。研究表明:低压阶段,CH_4、CO_2等温吸附线呈阶段性递增,具有I型吸附曲线特征;通过分析具有物理意义模型拟合参数,揭示了页岩的吸附规律,饱和吸附量VL和微孔吸附量V0与温度呈负相关关系,与TOC含量呈正相关关系,吸附强度b值随温度升高而减小,其他拟合参数所反映的吸附规律存在一定的差异;对比评价了各模型的拟合效果,三参数模型拟合效果优于二参数模型,对CH_4拟合效果最优的是L-F模型,对CO_2拟合效果最优的是E-L模型。高压阶段,一元线性方程对CH_4、CO_2的拟合效果较好,CH_4、CO_2在页岩表面的吸附量与压力之间呈负相关关系。同时探讨了研究成果对页岩气开采及储量评估的重要影响,为页岩气开发提供理论依据。     

构造煤的成因—属性分类

为了研究原生煤和构造煤的吸附扩散特性,采用甲烷吸附装置和解吸装置对2种煤样进行了实验。结果表明,构造煤的极限甲烷吸附量是原生煤的1.18倍,并且在相同甲烷吸附压力下构造煤的吸附能力强于原生煤。当甲烷吸附平衡压力为0.74 MPa和2 MPa时,构造煤的固定扩散系数分别是原生煤的7.3倍和4.5倍,表明构造煤的初始气体扩散能力远高于原生煤。2种煤样的时变扩散系数都随着解吸时间的推移先快速降低后趋于稳定。构造煤的扩散衰减系数在0.74 MPa和2 MPa气体平衡压力下分别达到了96.6%和95.8%,远大于原生煤的扩散衰减系数38.1%和45.7%。

     

煤层瓦斯含量与瓦斯压力反算关系研究

通过对煤层瓦斯压力产生原因及瓦斯储层研究,确定了煤层中瓦斯压力(含残余瓦斯压力)与瓦斯含量(包括参与瓦斯含量)的关系,煤层保持完整或较完整状态时煤层瓦斯压力可以与瓦斯含量采用朗格缪尔方程互相反算,煤层处于破碎离散状态时,则煤层以块状呈现,煤层中存在瓦斯含量但相对瓦斯压力煤层瓦斯压力与瓦斯含量不适用朗格缪尔方程互相反算。     

煤炭实验室能力评价导则探讨

煤炭实验室除应符合实验室通用要求外,还要对煤炭检验人员、仪器设施、各检测项目质量控制等方面作出规定,制定适合煤炭实验室能力的评价导则可给评价人员在评定煤炭实验室的质量体系和专业技术能力提供指导性文件,也可作为煤炭实验室有效运行的体系文件。