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

【摘要】：構(gòu)造煤的高吸附、快速解吸、低強(qiáng)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(zhǔn)、突出預(yù)測鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)測定誤差的重要原因,也是構(gòu)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(zhì)程度的原生結(jié)構(gòu)煤及其共生構(gòu)造煤的實(shí)驗(yàn)煤樣為研究核心,通過低溫氮吸附、甲烷等溫吸附和解吸實(shí)驗(yàn),并結(jié)合前人相關(guān)研究成果,從不同煤體結(jié)構(gòu)的孔隙結(jié)構(gòu)差異、吸附和解吸特性的不同、以及煤粒瓦斯擴(kuò)散模型的角度,對構(gòu)造煤吸附、解吸和擴(kuò)散理論開展實(shí)驗(yàn)和模型研究。主要取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識:(1)揭示了煤中低分子化合物是影響煤孔隙結(jié)構(gòu)的重要因素。構(gòu)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(jié)構(gòu)煤相比,構(gòu)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(gòu)造煤分子結(jié)構(gòu)的特殊性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)中,改造了構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),進(jìn)而影響煤對瓦斯的吸附性能。(2)闡明了煤體結(jié)構(gòu)對煤的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附解吸有重要影響。前人已指出構(gòu)造煤對孔隙結(jié)構(gòu)有一定的改造作用,本文通過對不同煤體結(jié)構(gòu)的低溫氮吸附試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),各孔徑段的孔容比與比表面積比是不對應(yīng)的,特別是微孔的孔容較小,但是比表面積較大。與原生結(jié)構(gòu)煤相比,共生構(gòu)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(yùn)移通道;孔隙結(jié)構(gòu)不僅制約著煤體的瓦斯含量,而且對解吸和擴(kuò)散也有重要影響。(3)驗(yàn)證了構(gòu)造煤的吸附常數(shù)與原生結(jié)構(gòu)煤相比有著顯著不同。前人已指出煤體結(jié)構(gòu)是影響煤吸附性能的一個(gè)重要因素,本文通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)構(gòu)造煤等溫吸附常數(shù)a、b值明顯大于共生的原生結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在不同的溫度有著不同的吸附特征,原生結(jié)構(gòu)煤較共生構(gòu)造煤表現(xiàn)較為明顯。構(gòu)造煤的極限吸附量a值比共生的原生結(jié)構(gòu)煤的極限吸附量要大,這表明,構(gòu)造煤的比表面積應(yīng)該比共生的原生結(jié)構(gòu)煤的大,具有更強(qiáng)的吸附能力。不同的煤體結(jié)構(gòu),在等溫條件下,構(gòu)造煤煤樣的b值大于原生結(jié)構(gòu)煤。(4)認(rèn)為煤的擴(kuò)散系數(shù)不是常數(shù),揭示了構(gòu)造煤瓦斯動擴(kuò)散系數(shù)具有衰減特性,構(gòu)造煤與原生結(jié)構(gòu)煤的動擴(kuò)散系數(shù)有明顯的不同。眾多學(xué)者對煤體瓦斯擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行了多方面的研究工作,但多基于經(jīng)典擴(kuò)散模型,仍不能精確描述煤粒瓦斯全時(shí)擴(kuò)散過程。本文通過新模型計(jì)算出初始擴(kuò)散系數(shù)D0和動擴(kuò)散系數(shù)衰減系數(shù)β的變化規(guī)律,初步探討了不同變質(zhì)程度、不同粒度、不同煤體結(jié)構(gòu)對煤樣的D0和β的影響,得出了構(gòu)造煤的初始擴(kuò)散系數(shù)D0大于原生結(jié)構(gòu)煤,整體上粒度為0.5-1.0mm的煤樣的初始擴(kuò)散系數(shù)D0大于粒度為0.25-0.5mm的煤樣,整體上變質(zhì)程度為肥煤的平頂山煤樣的初始擴(kuò)散系數(shù)D0大于變質(zhì)程度為貧瘦煤的鶴壁的煤樣的結(jié)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(guān)鍵詞】：構(gòu)造煤 孔隙結(jié)構(gòu) 瓦斯特性 擴(kuò)散 動擴(kuò)散系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析14-26
• 1.2.1 構(gòu)造煤特性14-17
• 1.2.2 煤孔隙結(jié)構(gòu)特征研究17-19
• 1.2.3 瓦斯吸附機(jī)理研究19-24
• 1.2.4 瓦斯吸附-擴(kuò)散特性研究24-26
• 1.4 研究目的及主要研究內(nèi)容26-29
• 1.4.1 研究目的26-27
• 1.4.2 研究內(nèi)容27
• 1.4.3 技術(shù)路線27-28
• 1.4.4 主要創(chuàng)新點(diǎn)28-29
• 2 構(gòu)造煤的孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究29-39
• 2.1 引言29-30
• 2.2 樣品及實(shí)驗(yàn)30-32
• 2.2.1 樣品采集及及研究區(qū)地質(zhì)背景30-31
• 2.2.2 樣品特征31-32
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析32-38
• 2.3.1 低溫氮吸附試驗(yàn)結(jié)果33
• 2.3.2 構(gòu)造煤的孔隙類型33-34
• 2.3.3 比表面積與孔徑分布關(guān)系34-35
• 2.3.4 孔容與孔徑分布關(guān)系35-36
• 2.3.5 低分子化合物對煤孔隙結(jié)構(gòu)的影響36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 3 構(gòu)造煤瓦斯吸附/解吸實(shí)驗(yàn)研究39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 吸附/解吸實(shí)驗(yàn)39-42
• 3.2.1 樣品采集39-40
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)原理40
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法40-41
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果41-42
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析42-50
• 3.3.1 吸附常數(shù)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(shù)的關(guān)系45-47
• 3.3.4 不同煤體結(jié)構(gòu)對吸附性能的影響47-48
• 3.3.5 吸附量與解吸量關(guān)系分析48-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 煤粒瓦斯擴(kuò)散特性及動擴(kuò)散系數(shù)新模型的應(yīng)用51-67
• 4.1 引言51-52
• 4.2 煤粒瓦斯擴(kuò)散規(guī)律探討52-55
• 4.2.1 氣體擴(kuò)散的基本概念52-53
• 4.2.2 國內(nèi)常用的瓦斯擴(kuò)散規(guī)律分析53-54
• 4.2.3 煤粒瓦斯擴(kuò)散經(jīng)典模型54-55
• 4.3 構(gòu)造煤瓦斯解吸實(shí)驗(yàn)55-57
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)條件55-56
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)樣品特征56-57
• 4.3.3 吸附常數(shù)的測定57
• 4.4 煤粒瓦斯擴(kuò)散的動擴(kuò)散系數(shù)新模型57-59
• 4.4.1 經(jīng)典模型常擴(kuò)散系數(shù)57
• 4.4.2 動擴(kuò)散系數(shù)新模型57-58
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)動擴(kuò)散系數(shù)新模型的精度58-59
• 4.5 不同吸附平衡壓力下恒溫?cái)U(kuò)散時(shí)D_o和 β 隨壓力的變化規(guī)律探討59-65
• 4.5.1 不同變質(zhì)程度的D_o、β 與壓力的關(guān)系60-62
• 4.5.2 不同煤粒粒度的D_o、β 與壓力的關(guān)系62-63
• 4.5.3 不同煤體結(jié)構(gòu)的D_o、β 與壓力的關(guān)系63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 5 結(jié)論與展望67-69
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-77
• 作者簡介77-79
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集79

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本文編號：375327