本文關(guān)鍵詞：表面有機(jī)物影響煤體甲烷賦存機(jī)制研究及應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)物 甲烷賦存 煤體結(jié)構(gòu) 吸附解吸 溶解

【摘要】：瓦斯災(zāi)害是威脅井下安全生產(chǎn)的主要因素之一。瓦斯與煤體共生、共存、共移,形成甲烷與煤體的耦合賦存形式。其中甲烷氣體是瓦斯的主要組成部分。國內(nèi)外學(xué)者就影響煤體甲烷賦存因素進(jìn)行了廣泛研究,取得了豐碩成果,但針對煤體表面有機(jī)物對賦存甲烷影響的研究較少。因此,本論文開展了表面有機(jī)物影響煤體甲烷賦存機(jī)制研究及應(yīng)用,為煤礦治理瓦斯開辟新途徑。本文采取理論分析、實(shí)驗室實(shí)驗、數(shù)值解析與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法,針對上社煤礦煤質(zhì)條件,對表面有機(jī)物影響煤體甲烷賦存機(jī)制進(jìn)行了研究。通過理論分析,一方面,從宏觀上提出煤體滲流甲烷特性受煤體發(fā)育階段、地應(yīng)力、脫水演化程度和煤階的影響因素；另一方面,從微觀上引入克努森擴(kuò)散、達(dá)西流動、滑脫效應(yīng)以及表面有機(jī)物氣體濃度擴(kuò)散對煤單一孔隙內(nèi)甲烷滲流規(guī)律的影響,并得出引入各影響因素后的甲烷滲流微分方程。通過實(shí)驗室實(shí)驗,電鏡掃描觀測發(fā)現(xiàn)了煤體表面的孤立孔、脈象孔和裂隙孔,通過對比有機(jī)溶劑萃取前后煤體表面結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化,揭示出表面有機(jī)物的存在將會降低煤體比表面積,發(fā)現(xiàn)孔隙半徑多分布在0～20nm之間；通過對比有機(jī)溶劑萃取前后煤體吸附解吸甲烷特性的變化,揭示出表面有機(jī)物對煤體吸附解吸甲烷作用的影響強(qiáng)于表面結(jié)構(gòu)的影響；通過對表面有機(jī)物組分分析,揭示出煤體表面的多碳烷類有機(jī)物是影響甲烷賦存的主要物質(zhì)；通過對比不同溶劑組分在不同壓力和溫度下溶解甲烷效能的不同,發(fā)現(xiàn)各溶液溶解甲烷效能隨壓力增大而增強(qiáng)、隨溫度升高而減弱；同時,發(fā)現(xiàn)多碳烷類混合溶劑對甲烷溶解效能最好,實(shí)驗中溶解度數(shù)值最高可達(dá)30%。通過數(shù)值解析,依照理論分析所得的甲烷滲流微分方程,解析并分析出距孔口越近,孔內(nèi)壓力越低,且壓力變化速率越大；在孔半徑為0～20nm區(qū)間內(nèi),表觀滲透率與達(dá)西滲透率的比值都大于1。通過現(xiàn)場試驗,對比原始鉆孔、萃取鉆孔和萃取+溶解鉆孔瓦斯涌出量的不同,發(fā)現(xiàn)萃取+溶解鉆孔出現(xiàn)瓦斯激增的現(xiàn)象,證明向煤體壓注萃取+溶解劑可顯著提高瓦斯放散初速度,改善煤體的透氣性,從而實(shí)現(xiàn)高效消突。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)物 甲烷賦存 煤體結(jié)構(gòu) 吸附解吸 溶解
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 1 引言15-16
• 2 文獻(xiàn)綜述16-37
• 2.1 選題背景、意義及課題來源16-17
• 2.1.1 選題背景及意義16-17
• 2.1.2 課題來源及目的17
• 2.2 表面有機(jī)物影響煤體甲烷賦存機(jī)制研究現(xiàn)狀17-34
• 2.2.1 煤體吸附氣體熱動力學(xué)特性理論研究現(xiàn)狀17-20
• 2.2.2 表面有機(jī)物溶解甲烷影響因素研究現(xiàn)狀20-23
• 2.2.3 甲烷在兩相環(huán)境中的溶解度測定方法研究現(xiàn)狀23-27
• 2.2.4 煤溶劑抽提及影響因素研究現(xiàn)狀27-30
• 2.2.5 煤層瓦斯運(yùn)移規(guī)律的理論研究30-34
• 2.3 論文的研究內(nèi)容及方法34-37
• 2.3.1 研究內(nèi)容34-35
• 2.3.2 研究方法35-36
• 2.3.3 技術(shù)路線36-37
• 3 表面有機(jī)物影響煤體甲烷滲流理論分析研究37-50
• 3.1 表面有機(jī)物對煤體孔隙的動態(tài)影響模型37-39
• 3.2 瓦斯氣體流動微分方程的推導(dǎo)39-40
• 3.3 表面有機(jī)物組分對甲烷滲流影響分析40-42
• 3.4 表面有機(jī)物分子構(gòu)型對甲烷滲流影響分析42-46
• 3.5 表面有機(jī)物對煤單一孔隙內(nèi)甲烷滲流影響模型的建立46-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 4 表面有機(jī)物對煤體表面結(jié)構(gòu)及滲流甲烷規(guī)律影響研究50-73
• 4.1 表面有機(jī)物對孔隙分布特征影響實(shí)驗研究50-58
• 4.1.1 電鏡結(jié)構(gòu)原理及組成52-54
• 4.1.2 掃描電鏡對比實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康募霸?/span>54
• 4.1.3 掃描電鏡對比實(shí)驗操作步驟54-55
• 4.1.4 掃描結(jié)果及分析55-58
• 4.2 表面有機(jī)物對煤體表面結(jié)構(gòu)影響實(shí)驗研究58-65
• 4.2.1 測定煤體結(jié)構(gòu)參數(shù)的表征方法58-59
• 4.2.2 實(shí)驗測試原理59
• 4.2.3 煤樣萃取試劑的選擇59-60
• 4.2.4 煤樣的選擇與制備60
• 4.2.5 液氮吸附實(shí)驗裝置60-61
• 4.2.6 實(shí)驗結(jié)果及對比分析61-65
• 4.3 單一煤體孔隙內(nèi)有機(jī)物對甲烷滲流規(guī)律影響數(shù)值解析研究65-71
• 4.3.1 數(shù)值解析原理66-67
• 4.3.2 數(shù)學(xué)模型的建立67-68
• 4.3.3 數(shù)值解析過程68-70
• 4.3.4 數(shù)值解析結(jié)果分析70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 5 表面有機(jī)物對煤體吸附解吸甲烷特性影響機(jī)制研究73-86
• 5.1 表面有機(jī)物對Langmuir方程中a、b值的影響73-76
• 5.2 萃取前后煤體等溫吸附解吸甲烷對比實(shí)驗研究76-85
• 5.2.1 煤體對甲烷氣體等溫吸附解吸實(shí)驗原理76
• 5.2.2 煤體對甲烷氣體等溫吸附解吸實(shí)驗裝置76-78
• 5.2.3 煤體對甲烷氣體等溫吸附解吸實(shí)驗方案及實(shí)驗步驟78-79
• 5.2.4 煤體對甲烷氣體等溫吸附解吸實(shí)驗結(jié)果及分析79-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 6 表面有機(jī)物組分分析及多碳烷類溶劑溶解甲烷效能研究86-106
• 6.1 表面有機(jī)成分的傅立葉變換紅外光譜分析86-90
• 6.2 表面有機(jī)物中定性分析研究90-98
• 6.3 多碳烷類混合溶劑溶解甲烷效能研究98-104
• 6.3.1 溶解實(shí)驗方案設(shè)計99-101
• 6.3.2 甲烷在多碳烷類混合溶劑及萃取劑添加物中溶解數(shù)據(jù)分析101-104
• 6.4 本章小結(jié)104-106
• 7 上社煤礦有機(jī)物影響煤體甲烷涌出規(guī)律試驗研究106-114
• 7.1 工作面概況106
• 7.2 現(xiàn)場觀測實(shí)施106-108
• 7.3 觀測結(jié)果及分析108-113
• 7.4 本章小結(jié)113-114
• 8 結(jié)論114-117
• 8.1 研究結(jié)論114-115
• 8.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)115
• 8.3 研究展望115-117
• 參考文獻(xiàn)117-131
• 附錄A 乙酸乙酯萃取液中析出物質(zhì)GC-MS檢索結(jié)果131-148
• 附錄B 二氯甲烷萃取液中析出物質(zhì)GC-MS檢索結(jié)果148-164
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果164-168
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集168

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本文編號：751136