无烟煤中甲烷和二氧化碳混合气吸附运移规律

煤中CH₄和CO₂的运移和竞争吸附,是煤中CO₂封存和提高煤层气采收率(CO₂-ECBM)项目注入优化设计、注入驱替效果评价的重要依据。针对沁水盆地南部3个高阶煤样品开展了煤岩煤质、孔隙结构测试(低温液氮和二氧化碳吸附实验)和纯甲烷、二氧化碳及其混合气(体积分数75%CH₄+25%CO₂,50%CH₄+50%CO₂,25%CH₄+75%CO₂)吸附试验。基于混合气吸附相密度计算,分析了煤中混合气吸附的绝对吸附量和气体分离因子随压力的变化规律;同时采用双孔隙扩散模型计算了吸附实验中每个压力段气体的等效扩散系数和大孔扩散占比;最后研究了煤岩煤质和孔隙结构对煤中CH₄,CO₂吸附运移和竞争吸附作用的影响。结果表明:(1)煤中超微孔比表面积较低温氮比表面积高1～2个数量级,是煤岩吸附的主要场所;(2)高阶煤气体吸附分离因子(S(CO<...     

CO2-N2复合惰气对氧化煤冷却惰化特性研究

为对比分析不同比例CO₂-N₂复合惰气和纯CO₂/N₂对氧化煤惰化效果,利用程序升温实验系统,分别对比煤处于临界温度和干裂温度下通入纯CO₂/N₂和CO₂-N₂复合气体后O₂、CO气体浓度和煤温的变化特征。结果表明：在氧化煤冷却过程中,相同注气流量下,CO₂含量占比高于N₂时表现出更快的降温速率、更大的O₂和CO浓度降幅以及活化能;以临界温度为初始煤温时,30%N₂+70%CO₂的降氧速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.4～1.22 mol/(cm³·s),CO下降速率高于10%N₂+90%CO₂和纯CO₂为0.24～0...     

CH4,CO2和N2及其多元气体在不同煤阶中吸附特性实验研究

煤对 CH₄,CO₂及 N₂的吸附性能差异,是注气驱替工艺优选和效果评价的依据。 通过开展 3 种不同煤阶煤样对 CH₄,CO₂及 N₂单组分吸附实验及 3 种气体混合竞争吸附实验,分析3 种单组分气体及其多元混合气体在不同煤阶中的吸附特性, 探索其对注气驱替工程应用的指导意义。 研究结果表明,ZC 高阶煤样对任一单组分气体的吸附量均大于中、低阶煤;不同煤阶煤样对混合气体的吸附量随着混合气体中强吸附质体积分数的增加而增大, 强吸附质气体在低压环境下, 其吸附性依旧大于弱吸附质; 低浓度 CO₂在低压注入下, 亦可起到驱替效果;N₂驱替主要以“量”取胜,中、高阶煤中,注高压、高浓度氮气可有效驱替煤层瓦斯。     

CH4/CO2不同浓度混合气体的吸附－解吸实验

选择山东菜园矿的气煤和山西古交矿的焦煤的平衡水煤样对不同浓度的CH₄和CO₂混合气体进行了吸附－解吸实验,分析了CH₄和CO₂在吸附－解吸过程中各组分浓度的变化规律,并探讨分析了实验过程中出现高压阶段吸附量小于低压时的原因.结果表明,不同浓度的CH₄和CO₂混合气体的解吸曲线都滞后于吸附曲线;相同条件下,焦煤的吸附量大于气煤的吸附量;CO₂与CH₄浓度之比越大,气体的吸附量越大;吸附过程中,CO₂组分的吸附速率是先快后慢,而CH₄组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反.吸附和解吸平衡时,游离相中的CO₂浓度低于原始混合气体中的CO₂浓度,CH₄浓度高于原始气体中CH₄浓度.实验结果证实了CO₂在与CH₄的竞争吸附中占据优势,注入CO₂可以有效地置换或驱替煤层CH₄,注入CO₂气体的数量越大、相对浓度越高,单位压差CH₄解吸率和CO₂吸附率就越高.     

褐煤中CH4/O2/N2气体竞争吸附特性的分子模拟研究

为探究温度与摩尔比对煤中CH₄/O₂/N₂气体竞争吸附的影响规律,采用巨正则蒙特卡罗法(GCMC)和分子模拟方法,研究云南小龙潭褐煤在不同温度(303.15～383.15 K)和压力0～480 kPa条件下CH₄/O₂和N₂/O₂二元混合气体竞争吸附特性。结果表明：(1)在试验温度和压力范围内,温度升高均会抑制煤对CH₄、O₂、N₂三种气体的吸附,且煤对三种气体的吸附能力为CH₄>O₂>N₂。(2)煤对CH₄/O₂吸附选择性系数与气体摩尔比基本无关,而随着温度的升高呈现减小趋势;对N₂/O₂的吸附选择性与温度和摩尔比的关系均不显著。(3)随着吸附量的增加,二元混合气体中任一组分的等量吸附热均呈线性增大;CH...     

常压下CH4/N2/CO2在阜生矿煤样表面吸附热力学研究

为了研究 CH₄/N₂/CO₂在阜生煤矿煤样表面吸附特性,采用美国康塔公司的 AutosorbIQ-C 型全自动吸附仪在 303.15 K、343.15 K、393.15 K,压力由 0 升高到 0.12 MPa 过程中得到煤样对 CH₄,N₂和 CO₂吸附的等温吸附曲线, 研究得到了 3 种气体的吸附模型和等量吸附热。 结果表明：CO₂对煤样表面不均匀程度敏感性高,吸附过程符合 Freundlich 模型,煤样对 N₂和 CH₄这 2 种气体的吸附等温曲线在 Langmuir 模型的拟合程度较高,其吸附过程符合 Langmuir 模型。 CO₂受到煤样表面各相异性影响显著;造成 CO₂气体在煤样表面吸附过程中的等量吸附热随吸附量的增加呈对数的降低规律,而 N₂和 CH₄对煤样表面的各相异性影响较小,等量...     

基于分子模拟的微观结构特征对无烟煤吸附CH4、CO2影响规律对比研究

为探究煤的孔径、芳香片层堆砌度、芳香片层延展度、气体温度、气体压力对CH₄和CO₂竞争吸附的影响,以晋城矿区3号煤为研究对象,对不同温度、压力、孔径、芳香片层堆砌度、芳香片层延展度下煤吸附CH₄、CO₂二元混合气体的过程进行研究。基于工业分析、X射线衍射试验对煤的微观结构进行测试与分析,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)方法对煤吸附混合气体的过程进行分子模拟。结果表明：气体压力增加有利于吸附,压力为5 MPa时,CO₂的吸附量已接近饱和;温度增加会导致煤对CO₂的最大吸附量和吸附热降低;孔径增大会使煤对CH₄的吸附量增大,孔径从1 nm增加到2 nm,CH₄的吸附量增加最快;随着芳香片层堆砌度的增加,煤吸附的气体分子数变化不明显,但单位质量煤对CO₂的吸附量呈迅速下降趋势,对CH₄的吸附量略有降低;随着芳香片层延展度的增加,煤吸附的CH₄分子数缓慢...     

四川新场气田须家河组陆相页岩孔隙分形维数及其甲烷吸附效应

四川盆地陆相页岩的孔隙结构、分形维数和甲烷吸附能力认识不清,制约了陆相页岩气选区和评价。针对川西新场须五段陆相页岩,开展了超低压氮气吸附、高压甲烷吸附测试,基于低压氮气吸附Frenkel-Halsey-Hill（FHH）模型计算得到分形维数D₁和D₂（相对压力在0～0.5和0.5～1.0条件下）,分析了须五段陆相页岩的分形维数与基质组分（TOC和矿物组分）、孔隙结构（平均孔径,比表面积,总孔体积）的相关关系,揭示了页岩分形维数对甲烷吸附能力的控制。结果表明,须五段陆相页岩分形维数D₁为2.495 0~2.574 4,分形维数D₂为2.657 8~2.841 2,D₁代表页岩孔隙表面分形维数,而D₂表示孔隙体积的分形特征。须五段页岩的基质组分对分形维数D₁和D₂产生不同的影响。分形维数D₁和D₂与甲烷吸附量呈正相关。研究表明分形维数可以作为评价页岩气储层的关键参数。     

河北开滦矿区晚古生代煤对CH4/CO2二元气体等温吸附特性

研究了开滦矿区不同变质程度煤对不同配比CH₄/ CO₂二元气体等温吸附特性,用扩展Langmuir方程的推论计算了CH₄/ CO₂二元气体各组分在吸附相中的浓度,并分析了其变化特征,表明：煤对CH₄/CO₂二元气体的吸附并不是对纯CH₄和纯CO₂的独立吸附,而是2种气体的竞争吸附,混合气体中CO₂含量越高,总吸附量越大.在开滦矿区煤对CH₄/ CO₂二元气体的吸附过程中,利于CO₂吸附的条件是高CO₂组分浓度和高压力;中等变质程度煤利于CH₄吸附的条件是高CH₄组分浓度和高压力,而低变质程度煤是相对的低CH₄组分浓度和高压力.研究区低变质程度煤对CH₄ 的竞争吸附大于其对CO₂的竞争吸附,并不适合CO₂-ECBM 技术的实施;中等变质程度煤对CO₂ 的竞争吸附优于对CH₄的竞争吸附, 适于CO₂-ECBM 技术的实施.     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

煤巷快速掘进气相压裂增透技术研究及应用

针对夏店煤矿煤巷掘进工作面瓦斯涌出量高、掘进速度慢、采掘接替紧张等问题,将气相压裂增透技术引入到掘进工作面瓦斯抽采实践中,阐明了低渗煤层气相压裂增透机理,研究分析了低渗煤层气相压裂增透装备系统和气相压裂增透工艺,并在夏店煤矿掘进工作面进行了工程应用。结果表明:气相压裂增透技术具有降低巷道瓦斯涌出浓度、促进巷道瓦斯均衡涌出、提升巷帮钻场瓦斯抽采效果和加快巷道掘进速度等多重作用;实施气相压裂措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度、混合流量和抽采纯量得到有效提高,抽采时间内瓦斯抽采纯量是未进行气相压裂的5.12倍;掘进面前方煤体的瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标K₁有明显下降,其中瓦斯含量下降2 m³/t,K₁值下降0.12 mL/（g·min^0.5）左右;巷道掘进平均单日进尺从4.0 m提升至5.5 m,掘进速度提升显著,极大地缓解了工作面接替紧张问题,保障了工作面的安全高效开采。     

中性洗煤环境钢结构高效缓蚀剂的缓蚀性能研究

针对洗煤环境中碳钢腐蚀问题,研究了模拟中性洗煤水环境下五元复配缓蚀剂对45^#钢的缓蚀性能。结果表明,五元复配缓蚀剂最佳组合为:钨酸钠40 mg/L、葡萄糖酸钙140 mg/L、硫酸锌120 mg/L、苯骈三氮唑60 mg/L、聚天冬氨酸100 mg/L,该条件下缓释率为96.01%。XRD测试显示,45^#碳钢在模拟洗煤水的腐蚀产物主要成分为Fe₃O₄与FeO(OH);电化学测试表明,缓蚀剂为混合型缓蚀剂;通过金相显微镜检测发现,未加缓蚀剂的碳钢表面腐蚀严重,而添加缓蚀剂的碳钢表面较平整,碳钢表面腐蚀程度明显下降;缓蚀剂在45^#碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附模型,复配缓蚀剂的吸附行为是自发的,且是包含物理吸附和化学吸附的混合吸附。     

采煤方法选择影响因素分析

煤矿生产过程中,需要根据当地的地质情况,选择适宜的采煤方法,提高采煤的效率和安全性。但是在实际生产的过程中,地质条件以及技术水平的限制会影响采煤方法的选择,从而制约了采煤的顺利进行。采煤方法的选择的影响因素有很多,为了弥补传统评判方法的主观性,采用层次分析法构造了具有3个一级要素（地质因素（u₁）、煤层条件（u₂）、企业因素（u₃））和10个二级要素的层次结构,并根据矩阵计算确定了一级评判因素、二级评判因素的权值。企业可在实际选择时根据影响因素程度进行优先级考虑,以期选择最合适的采煤方法。     

氮气对复采工作面遗煤复燃的防治效能

为探究不同体积分数N₂对复采工作面遗煤复燃过程的防治效果,采用自主研发的程序升温试验装置,对煤样分别通入体积分数为10%、20%、30%和40%的N₂,以氧化反应过程中耗氧速率V_O2、一氧化碳产生率V_CO和表观活化能E的变化情况来反映煤自燃的发展程度。试验表明:不同体积分数的N₂对煤氧化升温过程均具有抑制作用,相比于煤在纯空气条件下的氧化自燃,通入的N₂体积分数越大,煤初次自燃和二次氧化升温过程的V_O2和V_CO更低、E更高,说明通入的氮气体积分数越大,对煤氧化升温过程的抑制效率越好。其中,在煤初次自燃阶段,当N2体积分数C_N2≥20%时抑制效果更佳;在煤二次氧化复燃阶段,当N₂体积分数C_N2≥40%时抑制效果更佳。     

潘三煤矿13号煤层地应力分布规律研究

利用空心包体应力计法在潘三煤矿二水平东翼13-1煤采区、西三C组中部采区共计6个测点进行了地应力测量工作,分析得出了潘三煤矿深部地应力分布规律:最大主应力接近水平,且明显大于垂直应力,地应力场中水平主应力占主导优势地位,水平主应力接近于南北向,采区巷道受水平主应力方向性影响显著。深部地应力场中最小主应力σ₃略小于垂直应力σ_v,中间主应力σ₂略大于垂直应力σ_v,地应力场呈现σ₁>σ₂>σ_v>σ₃的应力关系,测试结果可为潘三煤矿开采过程中的巷道支护和煤炭安全高效开采提供科学依据。     

壳聚糖基吸附剂制备及其对重金属离子的吸附性能研究

以壳聚糖(CS)为原材料、戊二醛为交联剂,制备了吸附材料壳聚糖/石墨烯(CS/GO)、壳聚糖/纳米二氧化硅(CS/SiO₂)复合微粒。研究了吸附剂CS/GO、CS/SiO₂、交联CS对Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺的吸附去除性能。结果表明,3种材料对重金属离子的最大吸附容量顺序为: CS/GO>CS/SiO₂>交联CS; 3种吸附剂材料中CS/GO网络结构最发达,孔隙最多,比表面积最大,吸附性能最好。在模拟废水实验中,当pH=7、吸附剂用量6 g/L、时间30 min条件下,复合颗粒CS/SiO₂对Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺的吸附率分别达到99.48%、98.50%和98.49%; CS/GO对Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺的吸附率分别达到99.20%、96.76%和99.40%。     

祁东井田71煤层煤层气开发潜力评价

针对煤层气开发潜力评价过程中的常规参数难以定量描述气体解吸完整过程的缺点,以祁东井田为例,在对该区地质特点和储层特征进行分析的基础上,结合等温吸附曲线提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,分析了研究区煤层气的解吸过程并建立了煤层气开发潜力的定量评价方法。结果表明:祁东井田71煤层为碎粒结构煤,塑性大,渗透率低,需要通过水平井分段压裂的方式进行开发;该储层产气过程中只经历敏感解吸阶段,最大解吸效率为8.23 m³/（t·MPa）,见气后短时间内可获得较高产量的工业性气流,解吸量最高可达7.5 m³/t,具有较高的产气潜力;该煤层临储压差高达4.83 MPa,表示井底见气前要经历长时间的降压过程,随后产气量快速上升,应该采用平稳缓慢的排采方式,避免压力波动和煤粉产出。     

突出与冲击地压煤层工作面预测敏感指标研究

针对深部开采特殊工程地质力学环境下,掘进工作面动力灾害预测准确率低及低指标突出现象,结合下峪口矿2^#煤层区域强度差异性及瓦斯赋存不均衡特性,通过理论分析、实验室试验及现场试验,构建了2^#煤层深部掘进工过面动态组合预测指标体系。研究表明：掘进迎头煤体结构Ⅰ~Ⅲ类、顶板岩层坚硬完整时,钻屑量S值和钻屑粒度分布指数S_ξ值的相关性明显,S_ξ预测超过30%时存在冲击地压危险性;迎头煤体结构Ⅳ~Ⅴ类、煤层异常增厚区域时,S_ξ值与S、Δh₂（钻屑瓦斯解吸指标）值表现为相关性不明显,S、Δh₂差异程度显著,S≥6 kg/m、Δh₂≥120 Pa时存在突出危险性;断层、褶皱构造应力异常区及采动叠加应力影响区同时存在冲击与突出危险;现场试验掘进工作面预测无突出、冲击准确率100%,预测指标及临界值合理有效。