中變質(zhì)煤小分子相對煤的吸附及滲流特性影響
【圖文】:
謐孕醒兄頻氖笛櫧教ㄉ轄鈉?的,測試流經(jīng)煤體進(jìn)出口氣體的壓力和流量,即可計算出樣品的滲透率,系統(tǒng)測試的最大相對標(biāo)準(zhǔn)誤差為3.94%[12]。實驗系統(tǒng)及操作步驟參考文獻(xiàn)[13,14]。2結(jié)果與討論2.1煤中小分子對瓦斯吸附特性的影響一般認(rèn)為煤吸附瓦斯符合Langmuir方程:Q=abp1+bp(1)式中,Q為某壓力下的吸附量(cm3/gdaf);a為吸附常數(shù),表示單位質(zhì)量煤的飽和吸附量(cm3/gdaf);b為吸附常數(shù),MPa-1;p為平衡壓力。利用式(1)回歸分析,結(jié)果見表2。原煤與殘煤30℃甲烷等溫吸附曲線見圖1。表2原煤和殘煤回歸分析Table2SorptionparametersbyLangmuirequationforrawcoalsandtheirresiduesCoalsamplea/(cm3·g-1)Increment/%b/MPa-1Increment/%R2ZJNo.9rawcoal23.287910.230.5362-23.890.9925residualcoal20.90560.66430.9932GBNo.8rawcoal21.01865.550.6571-5.140.9972residualcoal19.85290.69090.9976由圖1和表2可知,原煤和殘煤吸附甲烷均可用Langmuir方程來描述,其擬合相關(guān)系數(shù)均大于0.99。萃取后,煤吸附甲烷的能力低于原煤,特別是當(dāng)平衡壓力高于2MPa時,吸附曲線出現(xiàn)明顯分離,萃取后煤的吸附量略高于殘煤,結(jié)果與相關(guān)學(xué)者研究類似[7,9,15]。由飽和吸附量b的變化也可以看出,張集9煤飽和吸附量a下降了10.23%,渦北8煤飽和吸附量下降了5.55%。四氫呋喃萃取后,張集殘煤飽和吸附量的降幅高于渦北殘煤,這與它們的萃取率相一致(煤樣的萃取率見表1)。圖1原煤與殘煤30℃甲烷等溫吸附曲線Figure1Methaneisothermsofrawcoalsandtheirresiduesat30℃吸附常數(shù)b值一般表示低壓下(<4MPa)吸附曲線的斜率,它的大小與瓦斯從煤層中解吸出來的速率?
BJH法算得的)均增大(Table3),充分說明游離或者鑲嵌于煤高分子主體結(jié)構(gòu)的部分有機(jī)小分子被溶解后,在一定程度上起到擴(kuò)孔、增孔的作用,這與前人[7,8]的研究結(jié)果一致。而比表面積和微孔孔體積減少可能是殘煤的飽和吸附量低于原煤的重要原因之一。2.3煤中小分子對瓦斯放散特性影響為了考察四氫呋喃萃取對瓦斯放散過程的影響,在30℃,不同吸附平衡壓力(0.38、0.72和1.41MPa,均為表壓,此壓力為預(yù)充氣壓力平衡后壓力,為了對比,后期樣品平衡壓力均控制在此系列壓力)下,測試各樣品的瓦斯解吸量,其結(jié)果見圖2。由圖2可知,平衡壓力越大,瓦斯解吸量越大,即平衡壓力是煤解吸量的主控因素之一。相同壓力下,殘煤的解吸量均高于原煤,且殘煤解吸量不變的時間也早于原煤,說明萃取后,孔隙結(jié)構(gòu)相較于原煤趨于簡單化,有利于瓦斯解吸,而且萃取后煤樣的解吸量高于原煤,說明殘煤解吸更徹底,不可解吸量更少。圖2原煤和殘煤的解吸曲線Figure2Desorptioncurvesofrawcoalsandtheirresidues□,○,△:rawcoal;■,●,▲:residualcoal□,■:0.38MPa;○,●:0.72MPa;△,▲:1.41MPa圖3為不同平衡壓力下瓦斯解吸速率曲線。由圖3可知,吸附平衡壓力越大,初始解吸速率越大。而且解吸速率均隨時間延長逐漸減小,在10min之后,不同平衡壓力,無論原煤還是殘煤,,它們的解吸速率都趨于一致,而且解吸速率衰減非?臁]腿『,特別是前3min,殘煤的解吸速率明顯高于原煤,這說明煤中小分子化合物被溶解后,有利于瓦斯從煤中解吸。研究表明,在煤粒較小孔隙中,瓦斯流動符合Fick擴(kuò)散定理[16,17]。假設(shè)煤顆粒為均質(zhì)、各項同性的;煤粒在吸附-解吸過程中不變形;瓦斯流動過程中符合連續(xù)性原理和質(zhì)量守?
【參考文獻(xiàn)】
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本文編號:2584075
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