不同含水量对煤吸附甲烷的影响

常温下煤吸附甲烷的研究
煤吸附甲烷是一种有效的清除甲烷的方法，其优点是可以在正常
温度下工作。

本文旨在介绍正常温度下煤吸附甲烷的研究进展。

煤具有很强的吸附能力，煤中的碳分子的表面含有有机化合物，
其具有大量的活性位。

研究发现，煤表面被表明具有有效的吸附能力，可以在正常温度下吸附甲烷，从而减少大气中存在的甲烷浓度。

在实验室研究中，研究人员使用不同条件来评估煤对甲烷的吸附
能力。

例如，当煤的温度被升高到600℃-800℃时，与常温相比，煤的吸附效率会明显提高。

同时，通过控制不同气体通量及温度，研究人
员也发现了煤对甲烷吸附能力的影响，表明在恒定温度、相同气体流
量下，煤的颗粒大小会影响到它的吸附效率。

另外，按照实验结果，在正常温度下，不同煤样品的吸附甲烷性
能也是不同的。

例如，一项实验发现，一种花粉煤比另一种花粉煤更
有效的吸附甲烷，因为它的表面比其他没有花粉的煤样有更多的活性位，所以具有更强的吸附能力。

总之，煤具有较强的吸附甲烷能力，并且可以在正常温度下有效
地吸收甲烷。

此外，煤样品类型和碳活性位的存在也会影响煤对甲烷
的吸附性能。

因此，继续深入研究煤的吸附性能，将有助于开发更具
有效性的甲烷排放控制技术。

《温度冲击对无烟煤中甲烷吸附—解吸特性影响的实验研究》篇一温度冲击对无烟煤中甲烷吸附-解吸特性影响的实验研究一、引言随着煤层气开发利用的日益广泛，无烟煤作为重要的煤层气资源之一，其甲烷吸附-解吸特性受到了广泛的关注。

由于温度是影响甲烷在无烟煤中吸附-解吸的重要因素之一，本文针对温度冲击对无烟煤中甲烷吸附-解吸特性的影响进行了实验研究。

旨在揭示温度变化对无烟煤甲烷吸附和解吸行为的影响规律，为煤层气开发提供理论依据和指导。

二、实验材料与方法1. 实验材料本实验选用某地区无烟煤作为研究对象，该无烟煤具有较好的代表性和普遍性。

实验前，对无烟煤进行了必要的处理和筛选，以保证实验的准确性和可靠性。

2. 实验方法本实验采用温度冲击法，即通过设定不同的温度梯度，观察无烟煤中甲烷的吸附和解吸过程。

具体步骤如下：（1）将无烟煤样品置于设定温度的恒温箱内，待其达到平衡状态；（2）将一定压力的甲烷注入恒温箱内，使甲烷在无烟煤中吸附；（3）将恒温箱内的温度迅速提升至预设的较高温度，并保持一定时间；（4）在温度回升后，让甲烷从无烟煤中解吸出来；（5）记录整个过程中甲烷的吸附量和解吸量，以及温度变化对吸附-解吸特性的影响。

三、实验结果与分析1. 温度冲击对甲烷吸附特性的影响实验结果表明，随着温度的升高，无烟煤对甲烷的吸附量逐渐减少。

这是因为随着温度的升高，甲烷分子的热运动加剧，使得其与无烟煤表面的吸附力减弱，导致吸附量减少。

此外，温度冲击也会对无烟煤的孔隙结构和表面性质产生影响，从而进一步影响甲烷的吸附特性。

2. 温度冲击对甲烷解吸特性的影响与吸附过程相反，温度冲击对甲烷的解吸过程具有促进作用。

当温度升高时，甲烷分子从无烟煤表面获得更多的能量，使得其克服孔隙内的阻力并从孔隙中解吸出来。

同时，高温条件下，无烟煤的孔隙结构也会发生变化，使得甲烷更容易从孔隙中解吸出来。

因此，在温度冲击下，无烟煤中甲烷的解吸量会明显增加。

3. 温度冲击的综合影响综合分析表明，温度冲击对无烟煤中甲烷的吸附-解吸特性具有显著影响。

煤表征中各相关参数对煤质的影响1. 水分：含水量高对煤类的破碎，筛分不利；增加能量消耗，降低煤的发热量，提高生产成本；2. 灰分：灰分含量高，降低煤的发热量，影响炭化料及活性炭产品的机械强度，影响孔隙结构，降低吸附能力，产品杂质增加；灰分熔点低，在活化炉产品中易形成熔融状态，影响产品质量，严重时致活化炉报废；灰分中有些矿物如K2O、Fe2O3及Na2O 等可使催化煤中碳与水蒸气反应，加快反应速率，提高活化炉的产量；3. 挥发份：挥发份中等的焦煤、肥煤等烟煤一般不单独用于活性炭的生产，只能作为配煤用于生产活性炭，以降低焦油用量，提高活性炭强度，降低生产成本；挥发份较低的泥炭、褐煤和挥发份较高的无烟煤可直接用于煤基活性炭的生产；4. 碳：C，H是煤的基本指标。

将煤做动力原料时，可用元素分析数据，计算煤的发热量；含碳高的煤，挥发分少，炭化过程中不产生焦油，不粘结成块，得碳率高，热渣相对于较高；5. 氢：煤化工利用时，氢含量或C/H在很大程度上决定着焦化产品的产率；煤的元素组成中，含H越多，含碳就越少。

只有含C、H适中，挥发份适中，焦油产率高，黏结性最强，焦渣的序号最大，发热量最高；6. 氧：氧含量随煤中C含量的增大而增大，挥发份的减少而减少。

氧含量高的煤，燃点低，易着火；O/C原子比高的煤，对煤液化时氢耗，转化率和油产率有负面的影响；在制备水煤浆的过程中，O/C原子比高的煤，在相同的制浆条件下，要比O/C比低的浆体流动性差得多，其表观黏度将成倍增长；7. 氮：一般含量为1-2%，煤中的N在高温热解时，转化成氨及吡啶类有机含氮化合物，氮在氧化气氛转化成NOx，加上空气中的氮高温氧化，造成NOx对大气的污染；8. 硫：煤中的硫(St)以两种形态存在。

一为有机硫(So)，指与煤的有机质相结合的硫；二为无机硫，它是煤中矿物质内的硫化物硫(Sp)、硫酸盐硫(Ss)及以游离状态赋存于煤中的元素硫。

大部分有机硫化物、无机硫化物及元素硫属可燃硫，硫酸盐硫属不可燃硫。

㊀第39卷第9期煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报Vol.39㊀No.9㊀㊀2014年9月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYSep.㊀2014㊀刘永茜,张㊀浪,李浩荡,等.含水率对煤层气渗流的影响[J].煤炭学报,2014,39(9):1840-1844.doi:10.13225/ki.jccs.2014.8013Liu Yongqian,Zhang Lang,Li Haodang,et al.Effect of moisture content on CBM seepage[J].Journal of China Coal Society,2014,39(9):1840-1844.doi:10.13225/ki.jccs.2014.8013含水率对煤层气渗流的影响刘永茜1,2,张㊀浪1,2,李浩荡3,邓志刚1,2(1.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京㊀100013;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京㊀100013;3.神华集团有限责任公司煤炭生产部,北京㊀100011)摘㊀要:煤的含水率影响煤层气的赋存状态和运移能力㊂结合基质吸附变形理论,分析了煤层中水分存在对基质力学性质的影响规律,探讨了含水率对煤层裂隙变形及煤层气运移的控制作用;采用含水率分别为0.112%,0.498%和0.785%的原煤进行煤层气渗流实验,研究发现,增压过程中随有效应力增加煤层气渗流速度呈非线性递减,二者满足二次函数关系;煤层含水率大小决定该函数的应力敏感区位置和最小渗流速度;随着煤的含水率增加,煤层气渗流速度变化的应力敏感点逐步降低(分别为5.48,5.17和4.78MPa )㊂关键词:含水率;渗流速度;有效应力;煤层气中图分类号:P618．11㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-9993(2014)09-1840-05收稿日期:2014-04-21㊀㊀责任编辑:常㊀琛㊀㊀基金项目:山西省煤层气联合研究基金资助项目(2013012007);国家科技重大专项 大型油气田及煤层气开发 资助项目(2011ZX05040-1,2011ZX05063-9)㊀㊀作者简介:刘永茜(1984 ),男,河南南阳人,博士㊂E -mail:yqliu518@126．comEffect of moisture content on CBM seepageLIU Yong-qian 1,2,ZHANG Lang 1,2,LI Hao-dang 3,DENG Zhi-gang 1,2(1.Mine Safety Technology Branch ,China Coal Research Institute ,Beijing ㊀100013,China ;2.National Key Lab of Coal High Efficient Mining and Clean Uti-lization (China Coal Research Institute ),Beijing ㊀100013,China ;3.Coal Production Department ,Shenhua Group Co.,Ltd.,Beijing ㊀100011,China )Abstract :The moisture content determines CBM occurrence state and its transport capacity in coal seam.Based on thesubstrate adsorption deformation theory,the authors analyzed the effects of water content on the mechanical properties of matrix,and moisture content control on fracture deformation and coal-bed gas migration in coal seam,and completed a group of CBM seepage experiments using coal samples with different moisture contents,0．112%,0．498%and 0．785%respectively.The study demonstrates that the seepage velocity nonlinearly decreases with the increase of ef-fective stress in the stress loading process;the flow velocity and effective stress relationship is a quadratic function of distribution;and the moisture content determines the stress sensitive area and the minimum flow velocity.Therefore,the maximum flow rate can be calculated.With the increase of water content,the stress sensitive point of CBM seepage velocity decreases gradually,i.e.,5．48,5．17and 4．78MPa.Key words :water content;flow velocity;effective stress;coal-bed methane㊀㊀早在20世纪20年代,前苏联学者卡佳霍夫已经开始关注含水率差异对岩石渗透率影响[1],而煤层渗透率与含水率关系的实验研究起步较晚,且大多基于常规油气渗流实验研究㊂油气工程开发过程中,学者们关于流体渗流能力的研究大都基于压力梯度假设[2],分析特定储层压力和渗透率条件下流体的渗流规律,而含水煤体的气体渗流研究涉及到更复杂的耦合作用㊂Shi 等[3]通过大量实验,发现在一定的含第9期刘永茜等:含水率对煤层气渗流的影响水率范围内,随含水率的升高煤体渗透率也呈线性变化,当煤样含水率超过某个临界值时,含水率对气体吸附的影响变为0,而煤体渗透能力加速衰减;Louis研究发现[4],多孔介质的孔隙特征尺度决定其束缚水分子的能力,并决定气体运移通道的 有效半径 ,结合孔隙率与渗透率的关系,给出二者关系模型,并通过实验得到验证;A．G．Kin建立了包含水分㊁灰分以及压力等多因素的吸附关联模型[5],同时指出,水分含量大小决定了定压储层的最大渗流速度,也在一定程度上验证了Jouber的理论㊂张新民[6]㊁苏现波[7]等尝试研究含水煤岩的吸附和渗流实验,指出含水率差异在不同煤阶中的影响不同;张先敏[8]强调含水煤样气体渗流速度受到有效应力和气体压力梯度指标影响;尹光志等[9]认为一定条件下煤体含水率与有效渗透率关系可用线性函数表述;Frank van Bergen等[10]指出不同成熟度的煤质存在含水率敏感区域,尤其在低含水率区(4．0%以下)影响显著[8]㊂Mckee C．R.等[11]和En-ever等[12]通过实验得到了煤体有效应力对渗透率的影响规律,然而都是在干燥条件下进行的,并且通常采用型煤煤样进行渗流实验㊂稳定含水率的渗流实验缺乏可比性,型煤煤样的实验并不能客观描述地下煤层真实孔隙(裂隙)系统中煤层气的运移情况㊂为此,本实验结合基质吸附变形理论,采用不同含水率的原煤煤样进行应力条件下的渗流实验比较,探讨有效应力与渗流速度(渗透率)㊁含水率与应力敏感性之间的关系,更具有科学和工程意义㊂1㊀基质渗透率与煤含水率的关系1．1㊀煤的孔隙特征与含水能力煤中水的存在形态可以分为游离水和化合水㊂游离水是煤内部裂隙和孔隙毛细管吸附或表面附着的水,化合水是煤基质中与有机官能团化合作用存在的结合水[13]㊂通常将煤的含水率与含水饱和度关联分析,考虑基质的双重渗流特性,确定煤中气体渗流变化关键取决于裂隙的开闭程度㊂实验室通过改变容器中的温度和湿度,调节煤样含水率,也就是改变煤中游离水的浓度㊂煤的结构链中不饱和官能团数量庞大,具备了束缚大量流体分子的条件,而水分子较甲烷分子有更高的极性条件[14],由此导致流体分子 竞争吸附 ㊂多层水分子吸附形成附着水,弱化了煤的表面能,降低了煤体的可压缩性,改变了其部分力学参数㊂比表面积越大,其压缩变形影响越大㊂根据 竞争吸附 理论及相关的气体吸附实验[15-18],过高的含水率会导致气体渗流的启动压力梯度现象发生,进而改变其渗透特性,这已经通过实验方法得到验证㊂储层中的煤层气渗流,需要考虑应力环境导致煤体变形和含水率控制的渗透率变化影响㊂1．2㊀含水率与启动压力梯度Ali Sabir等[19]通过实验发现,含水煤样与干燥煤样存在显著差异,水分子不仅影响了基质的有效孔隙度,并导致煤的可压缩性降低,弹性模量变化,进而影响煤的渗透率㊂在此之前已有不少学者认为,孔隙度的结构差异是流体启动压力梯度变化的核心因素,储层流体压力梯度(λ)大于临界值(λc)时,流速与流体压力才满足函数关系[2]㊂含水率的变化会改变λc 的大小,因此含水率的大小会决定渗流速度的大小㊂然而,煤层渗流的气动压力梯度效应,在超低含水率(<1．0%)煤层中影响并不明显,只有在近饱和或超饱和含水煤层的气体渗流过程中,压力梯度效应相对显著㊂1．3㊀含水煤体裂隙变形理论与常规气体吸附(解吸)引起煤体膨胀(收缩)不同,含水率变化体现的不仅是煤体基质的变形作用,而更重要的是对煤体力学性质的改变㊂大量实验研究发现[20],煤岩黏聚力和内摩擦角随含水率线性减小,且低含水率试样残余强度包线非线性最强,这肯定了含水率对煤体细观结构和力学参数的影响㊂为此,有学者[21]根据Mohr-Coulomb强度理论提出应力条件下用含水率表示的煤岩强度公式,即τf=(A-w tan B)+σtan(C-w tan D)(1)其中,τf为抗剪强度;w为含水率;A,B,C,D均为试验参数㊂在弹性变形阶段,相同围压条件下,含水率的改变决定了煤岩原生裂隙(孔隙)的变化,进而根据孔隙度与渗透率的立方定律K=112e e3h(2)其中,e h为流体渗流等效开度;e为裂隙间距㊂根据Barton关于应变条件下开度计算的半经验公式[22],对于气体可以描述为e h=(e0-u n)2C f(w)(3)其中,e0为裂隙的初始开度;u n为裂隙的法向压缩位移,以压缩为正;C为裂隙的粗糙度;函数f(w)在围压稳定条件下可以认为定值α㊂在不同含水率条件下的渗透率关系可表示为极限残余渗透率(K0)与变压开度变化的函数,即K=K0+112e(e0-u n)6C3α(4)1481煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2014年第39卷2㊀应力条件下煤层气渗流实验2．1㊀含水煤样的制备实验煤样选取河南煤化工集团某矿二1煤层原生结构煤,在实验室进行人工切割㊂利用抛光机进行上㊁下端面抛光,加工成直径ϕ=50．0mm㊁高度h=100．0mm的圆柱体标准试件㊂实验采用的原煤样含水率M ad=2．89%,孔隙度F=6．46%,弹性模量E= 3．1GPa,泊松比υ=0．36㊂首先确定实验原煤煤样初始含水率(煤的工业分析)㊂在确定初始含水率基础上,通过加热脱水的方法,逐步降低煤样含水率,最终确定了除干燥样外其他3组不同含水率的实验煤样,其含水率分别为0．112%,0．498%和0．785%㊂2．2㊀实验设备本实验采用的三轴渗透仪,主要包括数字控制系统(施加围压和轴压)㊁甲烷气瓶㊁三轴煤层气渗透仪㊁数字化气体流量计等,可以实验模拟不同应力条件下原生结构煤的渗流特性㊂围压由电动油泵加载,气体压力由高压气瓶提供,气体流量由数字式电子气体流量计采集,实验室内环境温度为20ħ㊂2．3㊀实验操作步骤具体实验操作步骤如下:(1)固定试件㊂原煤试件安放在渗透实验装置上,用热缩胶固定,再用吹风机加热软化,使其紧贴壁面,充分接触㊁密闭㊂(2)气密性检查㊂施加小围压和轴压,通入定量甲烷气体,关闭阀门,观察压力计是否稳定㊂如果压力不稳定,重新固定并密闭试件;保证密闭的前提下,试件在0．35MPa的气体压力下等温吸附不小于12h,吸附充分㊂(3)轴压预加载㊂稳定测试试件前提下,保持匀速加载(0．1MPa/min)至1．0MPa的轴压,维持10~ 15min㊂(4)围压加载㊂加载围压(0．1MPa/min)至2．0MPa,观测压力计和流量计读数,并记录数据㊂试件吸附40min甲烷后,释放5．0~8．0min气体,流量稳定后,测定其渗流速度㊂(5)围压调节㊂逐级改围压至1．0~7．0MPa围压,测试原煤试件渗流速度变化量㊂3㊀实验结果与分析3．1㊀有效应力与煤层气渗流速度的关系根据岩土力学理论可知,有效应力是指作用于煤层的总应力与其存在于孔隙或裂隙中的流体压力之差,即σe=13(σa+2στ)-12(p1+p2)(5)其中,σe为煤样所受的有效应力,MPa;p1为原煤煤样进口端气体压力,MPa;p2为原煤煤样出口端气体压力,取0．1MPa;σa为轴向压力,MPa;στ为环向压力,MPa㊂根据上述步骤,进行变压渗流实验,得到图1所示的有效应力与气体渗流速度之间的变化关系㊂图1㊀有效应力与渗流速度的关系Fig．1㊀Relationship between effectivestress and seepage velocity根据图1数据发现,随有效应力增加,煤层渗流速度呈非线性递减㊂通过式(5)计算,获得相应的有效应力,按照传统的方法拟合得到煤样渗流速度与有效应力之间的非线性关系,即v=119．53e-0．352σe㊀㊀(R2=0．9314)(6)式中,v为原煤煤样的甲烷渗流速度,mL/min㊂比较分析发现,可以采用二次函数关系式代替传统的指数函数关系描述渗流速度衰减与有效应力关系,且有更高的拟合精度㊂v=3．3379σ2e-38．416σe+127．11(R2=0．9822)(7) 3．2㊀含水率对煤层气渗流速度的影响比较统计干燥煤样和3个含水煤样的流速-有效应力发现,受实验条件和试件尺度限制,超低含水煤样甲烷渗流过程中,气体压力梯度现象并不明显,而气体流速与有效应力之间二次函数关系见表1㊂表1㊀不同含水率煤样v-σe关系统计Table1㊀v-σe relationship of different moisturecoal samples含水率/%函数关系相关度R20v=3．3379σ2e-38．416σe+127．110．9822 0．112v=3．5466σ2e-38．928σe+123．620．9758 0．498v=3．9894σ2e-41．346σe+119．330．9914 0．785v=4．6161σ2e-44．142σe+110．980．9881㊀㊀相同有效应力条件下,随着含水率的提高,渗流2481第9期刘永茜等:含水率对煤层气渗流的影响速度逐渐降低,差异显著,这与文献[8]结论一致㊂与饱和含水煤样相比,超低含水率(<1．0%)煤样的渗流速度对单位有效应力的变化更加敏感㊂比较表1中几组函数发现,随含水率提高,流速变化的应力敏感点逐步降低(分别为5．69,5．48,5．17和4．78MPa ),气体的最小渗流速度递减(分别为17．76,16．80,12．20和5．45mL /min)㊂比较其他3组含水煤样的渗流曲线(图2),不同含水率煤样的甲烷渗流速度都随有效应力的增加而衰减,但其变化速率有差异㊂由流速v 与渗透率K 的关系[2],结合实验试件几何参数,可求得应力变化过程中煤层渗透率的变化规律,见式(8)所示㊂K =2Qp 0μL A p 21-p 22()=2vp 0μLp 21-p 22(8)式中,Q 为气体流量;p 0为大气压力;μ为气体黏度;L 为试件长度;A 为试件断面积㊂图2㊀不同含水率的渗流特征曲线比较Fig．2㊀Comparison of percolation flow curves ofdifferent moisture contents依据应力条件下含水煤样渗透率变化关系(式(1),(4)和(8)),可以将气体最小流速折算为其极限残余渗透率K 0,作为评价含水率对其渗透率影响的参数依据㊂根据表1的4个二次函数,可以确定4个煤样最小渗透率K 0分别为0．481ˑ10-15,0．455ˑ10-15,0．326ˑ10-15和0．148ˑ10-15m 2,也就是4条渗透率曲线的最小值㊂比较表1中4个二次函数的系数变化规律,可以清晰反映煤层气渗流速度与含水率的变化关系,以及渗流速度的应力敏感性和流速极值的关系㊂当有效应力达到一定值后,煤样含水率大小对其最小渗流速度影响差异不大(图3),而当有效应力为0时,气体流速达到极值且差异最明显㊂统计发现,理论渗透率(有效应力为0)与极小渗透率K 0的变化规律一致,相同应力条件下渗透率与煤体内部含水率呈线性关系递减,与文献[9]有相似的结论,如图4所示㊂按蠕变损伤理论[23],维持试件长度稳定,比较端面面积变化,通过实验后煤样结构的观测和统计,3图3㊀渗透率与有效应力的关系Fig．3㊀Relationship between permeability andeffective stress图4㊀渗透率与含水率的关系Fig．4㊀Relationship between permeability andmoisture contents种含水煤样都有不同程度的损伤破坏,损伤度(D )最大的为含水率0．785%的煤样(D =15．81%),其次为含水率0．498%的煤样(D =10．24%),含水率0．112%煤样损伤最微小(D =6．83%),这也与文献[20]结论吻合㊂同时需要强调指出,有效应力的过度增大可能会导致煤样的局部破裂,改变煤体的整体结构,从而提高煤层渗透性㊂通过以上分析研究发现,煤层的渗透率在一定的有效应力范围内满足二次函数关系(部分),随含水率的差异二次函数的曲线特征(开口大小和对称轴位置)有差异,反映了煤层渗透率对含水率变化的敏感程度㊂这是对传统的有效应力-渗透率关系的修正㊂4㊀结㊀㊀论(1)增压过程中,有效应力与煤层气渗流速度之间满足非线性关系㊂随有效应力增大,煤层气渗流速度降低,比较发现,二者之间满足二次函数关系(部分),这比传统的负指数关系有更高的精度㊂(2)含水率控制着应力条件下渗流速度变化的敏感性㊂煤层甲烷渗流实验证实,气体渗流过程中存在渗透率极值点,前后气体渗流速度变化差异显著㊂随着煤的含水率提高,极值点对应的有效应力值不断减小㊂3481煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2014年第39卷(3)相同有效应力条件下,超低含水煤层(<1%)渗透率随含水率的升高而呈线性降低㊂(4)相同加载路径下的煤体损伤度统计结果证实,煤体黏聚力和内摩擦角随含水率提高有线性减小趋势㊂参考文献:[1]㊀卡佳霍夫.油层物理基础[M].北京:石油工业出版社,1958.[2]㊀葛家理.现代油藏渗流力学原理[M].北京:石油工业出版社,2006.[3]㊀Shi J Q,Durucan S.Changes in permeability of coalbeds during pri-mary recovery-part1:Model formulation and analysis[A].Proceed-ings of the2003Coalbed Methane Symposium[C].Tuscaloosa,Ala-bama:University of Alabama,2003.[4]㊀Louis C.Rock hydraulics[A].Flow Through Porous Media[C].1974:287-299.[5]㊀Cui X J,Bustin R M.Volumetric strain associated with methane de-sorption and its impact on coalbed gas production from deep coal 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《沙曲一矿煤岩微观组分和孔隙结构对甲烷吸附特性的影响》篇一一、引言随着对煤炭资源需求的不断增长，煤炭开采及其利用的科研工作显得尤为重要。

甲烷作为煤炭资源开发过程中伴随产生的主要气体，其吸附特性的研究对煤矿安全生产及提高资源利用率具有深远的意义。

本文以沙曲一矿为例，通过研究其煤岩微观组分和孔隙结构对甲烷吸附特性的影响，旨在揭示其内在机制和规律，为煤炭资源的高效、安全开采提供理论支持。

二、沙曲一矿煤岩微观组分分析沙曲一矿的煤岩微观组分主要由有机质和无机质组成。

其中，有机质是煤的主要组成部分，包括镜质体、稳定体和壳质体等；无机质则包括粘土矿物、碳酸盐矿物等。

这些微观组分的分布和比例直接影响着煤的物理性质和化学性质。

1. 有机质的影响有机质是煤中甲烷的主要来源，其类型和含量对甲烷的吸附特性有显著影响。

镜质体等富含氢的有机质，由于其较强的极性作用，能有效地吸附甲烷分子。

此外，有机质的芳香性和疏水性也对甲烷的吸附起着促进作用。

2. 无机质的影响尽管无机质在煤中占比不高，但其存在形式和含量也会影响甲烷的吸附。

例如，粘土矿物由于其层状结构和较高的比表面积，能够为甲烷分子提供更多的吸附位点。

同时，碳酸盐矿物在煤层中形成的孔隙也会影响甲烷的扩散和吸附过程。

三、沙曲一矿煤岩孔隙结构分析煤岩的孔隙结构是影响甲烷吸附特性的另一个关键因素。

沙曲一矿的煤岩孔隙主要分为微孔、中孔和大孔三种类型。

这些孔隙的大小、形状和分布对甲烷的吸附、扩散和运移具有重要影响。

1. 微孔的影响微孔是甲烷吸附的主要场所，其大小和数量直接影响着甲烷的吸附量。

微孔的形状和连通性也会影响甲烷在孔隙中的扩散速度和吸附效率。

2. 中孔和大孔的影响中孔和大孔为甲烷的运移提供了通道，对甲烷的扩散过程起着重要的影响。

大孔和中孔的连通性越好，甲烷在煤层中的运移就越容易，从而提高甲烷的采收率。

四、煤岩微观组分和孔隙结构对甲烷吸附特性的影响1. 协同作用煤岩的微观组分和孔隙结构对甲烷的吸附特性具有协同作用。

《温度冲击对无烟煤中甲烷吸附—解吸特性影响的实验研究》篇一摘要：本研究针对温度冲击对无烟煤中甲烷吸附与解吸特性的影响进行了实验研究。

通过改变环境温度，观察无烟煤吸附和解吸甲烷过程中的变化规律，为煤矿瓦斯治理和煤层气开发提供理论依据。

本文详细介绍了实验方法、数据处理及分析，并得出相关结论。

一、引言随着煤炭资源的开采和利用，煤矿瓦斯问题日益受到关注。

无烟煤作为重要的煤炭资源之一，其甲烷吸附与解吸特性直接关系到煤矿安全生产和煤层气开发利用。

温度作为影响甲烷在无烟煤中吸附与解吸的重要因素，其变化对甲烷的运移规律具有重要影响。

因此，研究温度冲击对无烟煤中甲烷吸附—解吸特性的影响具有重要意义。

二、实验方法1. 实验材料：选用典型的无烟煤样品，保证其纯净度和均一性。

2. 实验装置：使用甲烷吸附—解吸实验装置，具备温度控制与数据采集功能。

3. 实验过程：首先对无烟煤样品进行预处理，然后在不同温度条件下进行甲烷吸附和解吸实验，记录相关数据。

三、实验结果与分析1. 温度对甲烷吸附特性的影响（1）随着温度的升高，无烟煤对甲烷的吸附量逐渐减少。

这是由于温度升高导致无烟煤分子活动加剧，孔隙结构发生变化，降低了对甲烷分子的吸附能力。

（2）在低温条件下，无烟煤的甲烷吸附能力较强，但随着温度的持续升高，吸附能力逐渐减弱。

这一现象在高温条件下尤为明显。

2. 温度对甲烷解吸特性的影响（1）在解吸过程中，随着温度的升高，甲烷从无烟煤中的解吸速度加快。

这是由于温度升高使得无烟煤分子与甲烷分子之间的作用力减弱，有利于甲烷分子的逸出。

（2）高温条件下，甲烷的解吸量较大，且解吸速度较快。

这为煤矿瓦斯治理提供了有利的条件。

四、数据处理与讨论通过对实验数据的处理与分析，我们得出以下结论：1. 温度是影响无烟煤中甲烷吸附与解吸特性的重要因素。

随着温度的升高，无烟煤对甲烷的吸附量逐渐减少，而解吸速度和解吸量则逐渐增加。

2. 在实际煤矿瓦斯治理和煤层气开发过程中，应充分考虑温度因素的影响，制定合理的瓦斯治理方案和煤层气开发策略。

*本成果受国家 十五 重点科技攻关项目(2001BA605A)和973国家重点基础研究发展规划项目(2002CD211703)的资助。

作者简介:崔永君,1969年生,现在煤炭科学研究总院西安分院攻读博士学位,主要从事煤性质、煤炭加工与综合利用、煤层气实验测试技术等方面的科研咨询工作。

地址:(710054)西安市雁塔北路52号煤炭科学研究总院西安分院。

电话:(029)7862508。

E-mail:cyong jun@不同煤的吸附性能及等量吸附热的变化规律*煤炭科学研究总院西安分院 崔永君 张庆玲 杨锡禄不同煤级的煤有着不同的吸附特征,对此已取得了共识,但采用不同的样品和实验方法会得到不同的结论。

虽然各专家对不同煤级煤吸附性能的认识不同,但却都同意煤吸附甲烷属于物理吸附这一观点,并用Lang muir 方程描述压力和吸附量的关系。

目前不少学者仍采用Langmuir 参数来判断煤的吸附性能,但是这种方法存在着一定的缺陷,而本文探讨的由不同温度下的吸附实验计算出的吸附热,则有助于从热力学角度理解煤表面和甲烷分子的作用关系。

1.实验方法(1)平衡水分含量测试为了客观反映煤的吸附性能,等温吸附实验应尽量模拟煤的储层条件,包括储层温度、储层压力、煤的含水情况等。

一般认为储层条件下,煤是被水饱和的。

因此平衡水分条件下的吸附更接近实际情况,在本文中,也将以平衡水分条件下的煤样作为讨论对象。

平衡水分测试过程简述如下:称取煤样约40g,粒度为60~80目(0.25~0.20mm),在含有饱和K 2SO 4溶液的真空干燥器中进行水分平衡,湿度96%~97%、温度30 ,平衡时间5天左右。

(2)等温吸附实验平衡水分测试完成后,可进行等温吸附实验。

采用静态容量法,测试系统由样品缸、参考缸组成,经过平衡水分测试后的煤样放在样品缸内。

测试前,先在20~25 温度下用氦气测煤的体积,然后将样品缸温度调到所要求的温度,温度稳定后进行吸附量的测试。