構(gòu)造煤的結(jié)構(gòu)決定了其具有強度低,滲透性差,比表面積大,吸附能力高,解吸速度快等性質(zhì),造成構(gòu)造煤易于發(fā)生煤與瓦斯突出等災(zāi)害,因此研究構(gòu)造煤微觀結(jié)構(gòu)與瓦斯吸附的關(guān)系具有重要意義。本文選用了3種不同變質(zhì)程度的構(gòu)造煤,運用索氏萃取法以吡啶為溶劑進行了萃取,獲得了不同變質(zhì)程度構(gòu)造煤的萃取物及萃余物,分析了變質(zhì)程度與萃取率的關(guān)系,借助傅里葉紅外光譜變換實驗、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實驗分析了不同變質(zhì)程度構(gòu)造煤的表面官能團結(jié)構(gòu)特征及萃取物族組成成分,通過低壓CO_2吸附實驗分析了構(gòu)造煤及萃余物的微孔結(jié)構(gòu)特征,進行甲烷等溫吸附實驗,探討了構(gòu)造煤及其萃余物的瓦斯吸附特性及其影響因素。主要得到以下結(jié)論:(1)構(gòu)造煤的吡啶萃取率存在明顯差異。不同變質(zhì)程度構(gòu)造煤的萃取率E_(daf)大小順序為:肥煤氣煤無煙煤。煤中低分子化合物的存在制約著煤的瓦斯吸附能力,構(gòu)造煤的吡啶萃取率越大,其甲烷吸附能力越弱,反之則越強。經(jīng)萃取后煤中游離的低分子物質(zhì)被去除,其吸附能力發(fā)生改變,而不同變質(zhì)程度構(gòu)造煤改變效果不同;不同溶劑溶解出的低分子化合物在物質(zhì)種類、數(shù)量與性質(zhì)上存在的差異使萃余物的瓦斯吸附能力變化不同。(2)構(gòu)造煤吡啶萃取物族組成受煤變質(zhì)程度控制。構(gòu)造煤中飽和烴類物質(zhì)主要可以分為環(huán)烷烴、異構(gòu)烷烴和正構(gòu)烷烴三類物質(zhì)。從氣煤到無煙煤,構(gòu)造煤中正構(gòu)烷烴與環(huán)烷烴的相對含量均表現(xiàn)為隨煤化程度加深,先升高后降低的趨勢;而異構(gòu)烷烴則先減少后升高。構(gòu)造煤芳香烴物質(zhì)組成與變質(zhì)程度密切相關(guān),煤級越低組成成分越豐富,氣煤、肥煤中組成成分相差不大,均含有豐富的稠環(huán)化合物及醛、酮和酯類物質(zhì),而無煙煤中檢出的芳香烴物質(zhì)組成簡單。(3)構(gòu)造煤中官能團結(jié)構(gòu)對瓦斯吸附具有重要影響。煤的基本官能團種類相同,吡啶的萃取作用并不改變煤的主要結(jié)構(gòu)。煤中脂肪烴及含氧官能團紅外光譜吸光度強度受煤級控制,煤級越高,吸光度強度越弱,構(gòu)造煤中脂肪族組分與含氧官能團隨煤的變質(zhì)程度的加深而減少。官能團結(jié)構(gòu)影響著瓦斯吸附,構(gòu)造煤的甲烷極限吸附量a隨煤中含-CH_x官能團與含氧官能團的比例S的增大而減小。(4)有機溶劑萃取可以改變煤的微孔結(jié)構(gòu)。構(gòu)造煤的微孔孔容及比表面積與變質(zhì)程度呈規(guī)律性變化,表現(xiàn)為隨煤的變質(zhì)程度的增加,其微孔孔容及比表面積均增大;而其相應(yīng)的吡啶萃余物的微孔孔容及比表面積則隨變質(zhì)程度加深而減小。吡啶萃取作用對不同變質(zhì)程度的構(gòu)造煤微孔孔容及比表面的改變不同,煤樣經(jīng)過有機溶劑的萃取可以起到擴孔、增孔、疏孔的作用,在氣煤、肥煤中主要表現(xiàn)為增孔、疏孔,在無煙煤中主要表現(xiàn)為擴孔。(5)構(gòu)造煤的瓦斯吸附能力受孔隙結(jié)構(gòu)與分子結(jié)構(gòu)的共同控制。煤中孔隙結(jié)構(gòu)為甲烷分子在煤中的吸附與運移提供了空間與通道,煤的瓦斯吸附主要發(fā)生在微孔,當微孔較發(fā)育時其甲烷吸附空間就多,低分子化合物的存在又會影響甲烷分子的吸附位,從而增強或減弱微孔吸附效果。瓦斯吸附主要以微孔吸附為主,煤中低分子化合物也影響其吸附能力。
【學位單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

Soxtherm和Multistat的正面圖

H-Sorb2600T型高低溫高低壓吸附解吸擴散儀Fig.3-1H-SorbModel2600THigh/Lowtemperatureadsorptionanddesorptiondiffuser

【參考文獻】

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本文編號：2815777