本文關鍵詞：構造煤瓦斯吸附、解吸與擴散特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：構造煤的高吸附、快速解吸、低強度和低滲透性的特性是造成煤與瓦斯突出的主要因素之一,是造成礦井瓦斯含量測算不準、突出預測鉆屑瓦斯解吸指標測定誤差的重要原因,也是構造煤發(fā)育區(qū)煤層氣難開發(fā)的直接原因。鑒于此,本文以中煤階不同變質程度的原生結構煤及其共生構造煤的實驗煤樣為研究核心,通過低溫氮吸附、甲烷等溫吸附和解吸實驗,并結合前人相關研究成果,從不同煤體結構的孔隙結構差異、吸附和解吸特性的不同、以及煤粒瓦斯擴散模型的角度,對構造煤吸附、解吸和擴散理論開展實驗和模型研究。主要取得了以下幾點認識:(1)揭示了煤中低分子化合物是影響煤孔隙結構的重要因素。構造煤的形成過程中,生成并保存了大量的低分子化合物,與原生結構煤相比,構造煤的飽和烴含量稍低,極性芳烴化合物含量高得多,低分子化合物含量大,分子間作用力小,造成構造煤分子結構的特殊性。實驗發(fā)現隨著固定碳的增加,從肥煤到焦煤,微孔的比表面積比和孔容比都有所降低,而中孔與之相反,小孔的比表面積比和孔容比先降低后增高。低分子化合物以游離態(tài)、吸附態(tài)和固溶態(tài)囿于構造煤大分子結構中,改造了構造煤孔隙結構的形態(tài)的孔徑分布。煤中低分子化合物的存在一定程度上改造了煤的孔隙結構,進而影響煤對瓦斯的吸附性能。(2)闡明了煤體結構對煤的孔隙結構和吸附解吸有重要影響。前人已指出構造煤對孔隙結構有一定的改造作用,本文通過對不同煤體結構的低溫氮吸附試驗發(fā)現,各孔徑段的孔容比與比表面積比是不對應的,特別是微孔的孔容較小,但是比表面積較大。與原生結構煤相比,共生構造煤在各階段孔容和比表面積都有所增加。煤儲層孔隙是瓦斯的主要聚集場所,而且也是其運移通道;孔隙結構不僅制約著煤體的瓦斯含量,而且對解吸和擴散也有重要影響。(3)驗證了構造煤的吸附常數與原生結構煤相比有著顯著不同。前人已指出煤體結構是影響煤吸附性能的一個重要因素,本文通過實驗發(fā)現構造煤等溫吸附常數a、b值明顯大于共生的原生結構煤。溫度對于煤的吸附能力起著消極作用,煤體的吸附能力隨著溫度增加而降低;不同煤體結構在不同的溫度有著不同的吸附特征,原生結構煤較共生構造煤表現較為明顯。構造煤的極限吸附量a值比共生的原生結構煤的極限吸附量要大,這表明,構造煤的比表面積應該比共生的原生結構煤的大,具有更強的吸附能力。不同的煤體結構,在等溫條件下,構造煤煤樣的b值大于原生結構煤。(4)認為煤的擴散系數不是常數,揭示了構造煤瓦斯動擴散系數具有衰減特性,構造煤與原生結構煤的動擴散系數有明顯的不同。眾多學者對煤體瓦斯擴散規(guī)律進行了多方面的研究工作,但多基于經典擴散模型,仍不能精確描述煤粒瓦斯全時擴散過程。本文通過新模型計算出初始擴散系數D0和動擴散系數衰減系數β的變化規(guī)律,初步探討了不同變質程度、不同粒度、不同煤體結構對煤樣的D0和β的影響,得出了構造煤的初始擴散系數D0大于原生結構煤,整體上粒度為0.5-1.0mm的煤樣的初始擴散系數D0大于粒度為0.25-0.5mm的煤樣,整體上變質程度為肥煤的平頂山煤樣的初始擴散系數D0大于變質程度為貧瘦煤的鶴壁的煤樣的結論。這對于瓦斯含量的測定以及煤層氣開發(fā)有著重要的意義。
【關鍵詞】：構造煤 孔隙結構 瓦斯特性 擴散 動擴散系數
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內外研究現狀及分析14-26
• 1.2.1 構造煤特性14-17
• 1.2.2 煤孔隙結構特征研究17-19
• 1.2.3 瓦斯吸附機理研究19-24
• 1.2.4 瓦斯吸附-擴散特性研究24-26
• 1.4 研究目的及主要研究內容26-29
• 1.4.1 研究目的26-27
• 1.4.2 研究內容27
• 1.4.3 技術路線27-28
• 1.4.4 主要創(chuàng)新點28-29
• 2 構造煤的孔隙結構實驗研究29-39
• 2.1 引言29-30
• 2.2 樣品及實驗30-32
• 2.2.1 樣品采集及及研究區(qū)地質背景30-31
• 2.2.2 樣品特征31-32
• 2.2.3 實驗方法32
• 2.3 實驗結果分析32-38
• 2.3.1 低溫氮吸附試驗結果33
• 2.3.2 構造煤的孔隙類型33-34
• 2.3.3 比表面積與孔徑分布關系34-35
• 2.3.4 孔容與孔徑分布關系35-36
• 2.3.5 低分子化合物對煤孔隙結構的影響36-38
• 2.5 本章小結38-39
• 3 構造煤瓦斯吸附/解吸實驗研究39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 吸附/解吸實驗39-42
• 3.2.1 樣品采集39-40
• 3.2.2 實驗原理40
• 3.2.3 實驗方法40-41
• 3.2.4 實驗結果41-42
• 3.3 實驗結果分析42-50
• 3.3.1 吸附常數的測定42-43
• 3.3.2 溫度對煤吸附性能的影響43-45
• 3.3.3 溫度與吸附常數的關系45-47
• 3.3.4 不同煤體結構對吸附性能的影響47-48
• 3.3.5 吸附量與解吸量關系分析48-50
• 3.4 本章小結50-51
• 4 煤粒瓦斯擴散特性及動擴散系數新模型的應用51-67
• 4.1 引言51-52
• 4.2 煤粒瓦斯擴散規(guī)律探討52-55
• 4.2.1 氣體擴散的基本概念52-53
• 4.2.2 國內常用的瓦斯擴散規(guī)律分析53-54
• 4.2.3 煤粒瓦斯擴散經典模型54-55
• 4.3 構造煤瓦斯解吸實驗55-57
• 4.3.1 實驗條件55-56
• 4.3.2 實驗樣品特征56-57
• 4.3.3 吸附常數的測定57
• 4.4 煤粒瓦斯擴散的動擴散系數新模型57-59
• 4.4.1 經典模型常擴散系數57
• 4.4.2 動擴散系數新模型57-58
• 4.4.3 實驗檢驗動擴散系數新模型的精度58-59
• 4.5 不同吸附平衡壓力下恒溫擴散時D_o和 β 隨壓力的變化規(guī)律探討59-65
• 4.5.1 不同變質程度的D_o、β 與壓力的關系60-62
• 4.5.2 不同煤粒粒度的D_o、β 與壓力的關系62-63
• 4.5.3 不同煤體結構的D_o、β 與壓力的關系63-65
• 4.6 本章小結65-67
• 5 結論與展望67-69
• 5.1 結論67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻69-77
• 作者簡介77-79
• 學位論文數據集79

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前4條

1 曹代勇,李小明,魏迎春,張守仁;構造煤與原生結構煤的熱解成烴特征研究[J];煤田地質與勘探;2005年04期

2 王向浩;王延斌;高莎莎;洪鵬飛;張美娟;;構造煤與原生結構煤的孔隙結構及吸附性差異[J];高校地質學報;2012年03期

3 簡闊;張玉貴;赫少攀;高然超;;構造煤甲烷吸附表面能研究[J];煤田地質與勘探;2014年01期

4 ;[J];;年期

中國碩士學位論文全文數據庫 前5條

1 李鈺魁;構造煤瓦斯吸附、解吸與擴散特性研究[D];河南理工大學;2015年

2 嚴康;山陽井田原生結構煤與軟煤的吸附—解吸特征研究[D];西安科技大學;2014年

3 高然超;基于吸附勢理論的構造煤甲烷吸附/解吸規(guī)律研究[D];河南理工大學;2012年

4 成林;構造煤地球物理響應研究[D];河南理工大學;2012年

5 高飛;構造煤微觀結構與甲烷吸附相關性研究[D];河南理工大學;2011年

  本文關鍵詞：構造煤瓦斯吸附、解吸與擴散特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：375327