本文關(guān)鍵詞：焦煤瓦斯吸附解吸塊度效應(yīng)及其電化學(xué)作用效果研究

  更多相關(guān)文章： 焦煤 塊度 吸附解吸 電化學(xué)改性 孔隙結(jié)構(gòu)

【摘要】：目前國內(nèi)關(guān)于煤樣塊度對煤樣瓦斯吸附解吸影響的試驗中，試驗采用的煤樣一般為60目以下的煤粉。研究結(jié)果表明煤的吸附能力與塊度無關(guān)，煤對瓦斯解吸量，在相同的時間內(nèi)，煤樣的塊度越小，解吸初速度越大，解吸量越大。當(dāng)煤樣塊度大于6mm時，煤樣塊度對煤樣瓦斯吸附解吸的影響研究較少。 目前改變煤孔隙結(jié)構(gòu)的方法主要有對煤樣加熱，用不同的化學(xué)試劑處理煤樣等，本文采用電化學(xué)作用煤樣的方法改變煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)。 目前促進瓦斯解吸的主要技術(shù)有卸壓法和外加物理場。卸壓法利用卸壓產(chǎn)生煤體變形和解除應(yīng)力屏障以達到促進解吸的目的，但由于煤對瓦斯的吸附性很強，使無應(yīng)力的狀態(tài)下煤樣中的瓦斯仍然難以解吸。因此，僅通過卸壓使煤層瓦斯解吸取得的效果是有限的。外加物理場如聲場、電場、電磁場、溫度場等在一定程度上能促進瓦斯解吸，為解決瓦斯難以解吸的問題提供了新的思路。本文鑒于吸附在煤表面上的瓦斯難以充分解吸是當(dāng)前瓦斯抽放/煤層氣抽采面臨的核心問題，在前人研究基礎(chǔ)上提出一種非力學(xué)方法促進焦煤瓦斯解吸特性的思路，即采用電化學(xué)作用強化焦煤瓦斯解吸特性，并進行了以下研究工作： （1）采用容量法對6種不同塊度（0.8~1mm、8~10mm、20~25mm、40~45mm、70~75mm和135~140mm）的焦煤進行吸附解吸試驗，得出等溫吸附曲線和等溫解吸曲線，分析塊度對焦煤吸附解吸的影響。得出以下結(jié)論：1）塊度變化影響煤樣對瓦斯的吸附主要體現(xiàn)在達到吸附平衡的時間上，，在試驗溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下，塊度越小，達到吸附平衡的時間越少，反之，塊度越大，時間越多；塊度變化對煤樣瓦斯吸附量幾乎沒有影響。2）塊度變化對煤樣瓦斯解吸初期速度的影響分兩種情況：當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時，塊度變化對煤樣瓦斯解吸初期速度的影響很�。划�(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時，煤樣塊度越小，瓦斯解吸初期速度越快。3）塊度變化對煤樣瓦斯解吸量的影響主要體現(xiàn)在達到解吸平衡的時間上，在試驗溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下，不同塊度的煤樣的最終解吸量是相同的，達到解吸平衡的時間不同，當(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時，塊度越小，煤樣瓦斯解吸達到解吸平衡的時間越短，當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時，不同塊度煤樣瓦斯解吸達到解吸平衡的時間基本相同。 （2）采用壓汞法、注氮法測試改性前后煤樣，研究其孔隙率、平均孔徑、孔容、比表面積變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：1）煤對瓦斯的吸附能力主要取決于煤中微孔和小孔的比表面積。電化學(xué)作用后煤樣的微孔和小孔的連通性增強，數(shù)量和比表面積減少，因此，電化學(xué)作用后煤對瓦斯的吸附能力降低。2）電化學(xué)作用后煤樣的中孔和大孔的數(shù)量增加，孔隙率增大，有利于煤中瓦斯的解吸。3）電化學(xué)作用過程中，陽極生成H+，形成酸性環(huán)境，陰極生成OH-，形成堿性環(huán)境，同時伴隨有電滲和電泳作用，把煤中的部分無機礦物溶解或移除，從而改變煤中的孔隙結(jié)構(gòu)。 （3）通過電化學(xué)作用強化焦煤解吸特性的試驗，研究五種電解液濃度、五種電位梯度下電化學(xué)作用對焦煤解吸特性的強化規(guī)律，得出以下結(jié)論：1）電化學(xué)強化焦煤瓦斯解吸過程中，陽極端發(fā)生氧化反應(yīng)，生成O2，CH4和CO2，其中O2最多，CH4和CO2都是少量；陰極端發(fā)生還原反應(yīng)，生成H2，但是陰極端收集到的氣體還有CH4，這是因為電化學(xué)作用過程中發(fā)生了電滲作用，把煤中瓦斯帶出。2）不同電解液濃度條件下，電化學(xué)強化瓦斯解吸試驗中，陽極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同，最終的氣體收集量相同，電解液濃度越大，達到最終氣體收集量的時間越短。3）不同電位梯度條件下，電化學(xué)強化瓦斯解吸試驗中，陽極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同，氣體收集量逐步增加，最終達到一個固定值，最終的氣體收集量相同，電位梯度越大，達到最終氣體收集量的時間越短。4）電化學(xué)改性強化煤瓦斯解吸的機理有兩個方面：一方面是電解和電滲作用從兩個方面使煤樣發(fā)生了“擴孔效應(yīng)”導(dǎo)致孔徑、孔容、孔隙率由小變大、比表面積由大變小。一般情況下，孔徑、孔容、孔隙率越大，瓦斯在煤體中運移相對較容易；比表面積越小，其煤體對氣體的吸附能力越弱，從而使氣體分子從煤體中易于解吸。另一方面是電化學(xué)作用改變了煤樣表面含氧官能團的數(shù)量，使煤樣表面含氧官能團的數(shù)量減少，使其產(chǎn)生的總的相互作用能E p變小，即吸附勢變小。從宏觀上表現(xiàn)為煤吸附瓦斯的能力減弱，煤解吸瓦斯能力增強。
【關(guān)鍵詞】：焦煤 塊度 吸附解吸 電化學(xué)改性 孔隙結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712;O647.3
【目錄】：

• 摘要3-7
• Abstract7-11
• 目錄11-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 煤體吸附解吸瓦斯理論研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.2 電化學(xué)作用對煤作用的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 研究內(nèi)容23
• 1.4 研究方法23-25
• 第二章 焦煤對瓦斯吸附解吸塊度效應(yīng)的試驗研究25-35
• 2.1 試驗煤樣采集與制備25-26
• 2.1.1 煤樣采集25-26
• 2.1.2 煤樣制備26
• 2.2 試驗樣品基本參數(shù)測定26-27
• 2.3 焦煤對瓦斯吸附試驗及試驗結(jié)果分析27-29
• 2.3.1 試驗儀器27
• 2.3.2 試驗原理27-28
• 2.3.3 實驗條件28
• 2.3.4 實驗步驟28-29
• 2.4 等溫吸附試驗結(jié)果及分析29-31
• 2.5 焦煤對瓦斯解吸試驗及試驗結(jié)果分析31-34
• 2.5.1 煤瓦斯擴散理論及解吸過程31-32
• 2.3.2 不同塊度煤樣瓦斯解吸初期速度特征32-33
• 2.5.3 不同塊度煤樣瓦斯解吸量特征33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 電化學(xué)改變焦煤孔隙結(jié)構(gòu)的試驗研究35-49
• 3.1 電化學(xué)試驗35-37
• 3.1.1 試驗裝置35-36
• 3.1.2 試驗過程36-37
• 3.2 煤樣孔隙結(jié)構(gòu)測試及結(jié)果分析37-39
• 3.3 電化學(xué)作用前后煤樣吸附孔隙結(jié)構(gòu)變化39-43
• 3.3.1 電化學(xué)作用前后煤樣孔形的變化39
• 3.3.2 電化學(xué)作用前后煤樣孔徑分布的變化39-40
• 3.3.3 電化學(xué)作用前后煤樣比表面的變化40-42
• 3.3.4 電化學(xué)作用前后煤樣吸附孔分形特征42-43
• 3.4 電化學(xué)作用前后煤樣滲流孔隙結(jié)構(gòu)變化43-46
• 3.4.1 電化學(xué)作用前后煤樣孔徑分布變化43-45
• 3.4.2 電化學(xué)作用前后煤樣滲流孔分形特征45-46
• 3.4.3 滲流孔分形維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系46
• 3.5 機理分析46-47
• 3.6 結(jié)論47-49
• 第四章 電化學(xué)強化焦煤瓦斯解吸特性試驗研究49-67
• 4.1 試驗煤樣49
• 4.2 試驗裝置49-51
• 4.3 試驗方案51
• 4.4 試驗過程51-52
• 4.5 試驗結(jié)果及其分析52-66
• 4.5.1 不同電解液濃度強化焦煤解吸瓦斯試驗結(jié)果及分析52-59
• 4.5.2 不同電位梯度強化焦煤解吸瓦斯試驗結(jié)果及分析59-65
• 4.5.3 氣體成分分析65-66
• 4.6 機理分析66
• 4.7 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 主要結(jié)論67-68
• 5.2 不足與展望68-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-75
• 作者攻讀碩士期間發(fā)表論文和參加的科研項目75
• 發(fā)表論文情況75
• 參與的科研項目75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鐘玲文;煤的吸附性能及影響因素[J];地球科學(xué);2004年03期

2 蘇現(xiàn)波;陳潤;林曉英;宋巖;;吸附勢理論在煤層氣吸附/解吸中的應(yīng)用[J];地質(zhì)學(xué)報;2008年10期

3 陳昌國,鮮曉紅,張代鈞,鮮學(xué)福;微孔填充理論研究無煙煤和炭對甲烷的吸附特性[J];重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年02期

4 張敬東;毛東萍;劉加龍;;風(fēng)化煤及輕變質(zhì)煤的電化學(xué)氯化作用[J];江西腐植酸;1987年04期

5 梁冰;溫度對煤的瓦斯吸附性能影響的試驗研究[J];黑龍江礦業(yè)學(xué)院學(xué)報;2000年01期

6 趙志根,唐修義;對煤吸附甲烷的Lang muir方程的討論[J];焦作工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

7 唐修義;有關(guān)煤層氣幾個基本問題的認識[J];煤田地質(zhì)與勘探;1996年03期

8 王志忠;劉旭光;;煤電化學(xué)液化的可能[J];煤化工;1992年02期

9 楊其鑾;關(guān)于煤屑瓦斯放散規(guī)律的試驗研究[J];煤礦安全;1987年02期

10 劉志鈞;關(guān)于煤的吸附甲烷容量的研究[J];煤礦安全;1988年10期

本文編號：643463