發(fā)布時間：2021-07-10 06:06

　　本文針對深部煤層氣開發(fā)面臨的高溫、高地應(yīng)力、高孔隙壓力等問題,從深部煤層的賦存條件出發(fā),通過針對性實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā),系統(tǒng)開展了低變質(zhì)程度的長焰煤、中等變質(zhì)程度的氣煤、焦煤和高變質(zhì)程度的無煙煤高溫高壓擴(kuò)散特性實(shí)驗(yàn),研究了粒徑、氣體壓力、溫度、變質(zhì)程度對甲烷擴(kuò)散的影響,建立了煤粒甲烷高溫高壓擴(kuò)散模型,并推導(dǎo)出新模型的簡化算法,進(jìn)一步探討了煤粒甲烷擴(kuò)散的控制機(jī)理。論文取得了以下主要研究成果:（1）四種煤樣在壓汞實(shí)驗(yàn)低壓段和液氮吸附實(shí)驗(yàn)高壓段均具有明顯的分形特征,分形維數(shù)隨著煤的變質(zhì)程度的增高呈現(xiàn)先降低再升高的變化趨勢。（2）開發(fā)了一套高溫高壓甲烷擴(kuò)散模擬測試裝置,實(shí)驗(yàn)裝置最大可增壓至60MPa,最高溫度150℃,可對四個樣品同時測定。（3）高溫高壓甲烷擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著煤樣粒徑的增加,甲烷擴(kuò)散量、初始擴(kuò)散速度和擴(kuò)散系數(shù)均逐漸減小,并優(yōu)選出0.17-0.25mm為實(shí)驗(yàn)合理粒徑;甲烷累計擴(kuò)散量和擴(kuò)散系數(shù)均隨著壓力的增加而增大,隨著溫度的增加也逐漸增大,煤樣初始擴(kuò)散速度最大,擴(kuò)散速度隨時間的延長逐漸降低,擴(kuò)散速度與時間符合冪函數(shù)關(guān)系;煤的變質(zhì)程度越高,在相同擴(kuò)散時間內(nèi)甲烷累積擴(kuò)散量越大,擴(kuò)散系數(shù)... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：172 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

不同變質(zhì)程度煤的結(jié)構(gòu)模型（楊濤，2014）

系數(shù)的不同。（a）孔隙的連通性分類 （b）孔隙的形狀分類圖1-3 煤的孔隙類型Figure 1-3 Types of pore in coal煤的孔隙結(jié)構(gòu)是影響氣體擴(kuò)散特性的重要因素。聶百勝等（2000）通過對顆粒煤中孔隙結(jié)構(gòu)的分析，將氣體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散分為晶體擴(kuò)散、表面擴(kuò)散及細(xì)孔擴(kuò)散三種方式，根據(jù)諾森數(shù)（孔隙直徑和分子運(yùn)動平均自由程的比值）的范圍又將細(xì)孔擴(kuò)散劃分三種模式。在煤粒甲烷擴(kuò)散的過程中，影響因素不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致甲烷的擴(kuò)散模式和擴(kuò)散系數(shù)也隨之發(fā)生改變。Schueller（2001）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲波可以影響多孔介質(zhì)中氣體的擴(kuò)散特性，并分析了溫度和氣體壓力對其的影響，得到氣體微觀結(jié)構(gòu)等參數(shù)是控制宏觀擴(kuò)散模式差異的根本。李小彥等（2004）研究認(rèn)為，孔隙系統(tǒng)是為原生成因，其主要作用是把天然氣從微孔擴(kuò)散到裂隙中；裂隙系統(tǒng)為后生成因

系的擴(kuò)散模型對 4 種不同含水率煤樣擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了計算，均得到擴(kuò)散系數(shù)先快速降低而后緩慢降低，且隨著含水率的升高，擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小。圖1-4 水分阻塞孔喉示意圖Figure 1-4 Schematic diagram of pore throat blocked by Moisture1.2.4 煤中甲烷擴(kuò)散物理模型研究根據(jù)研究需要國內(nèi)外學(xué)者們做了大量的工作，提出并建立了多種煤粒甲烷擴(kuò)散理論模型。目前所建的煤粒甲烷擴(kuò)散物理模型主要是依據(jù) Fick 定律，描述擴(kuò)散過程的模型主要有單一孔隙擴(kuò)散模型和雙孔隙擴(kuò)散模型。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3275344