本文關(guān)鍵詞：煤中小分子有機(jī)物對煤層瓦斯賦存增強(qiáng)效應(yīng)研究

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【摘要】：煤是一種復(fù)雜的有機(jī)巖石,除含大分子固體骨架外,還含大量可溶于有機(jī)溶劑的小分子有機(jī)物,它們存在于煤基質(zhì)的孔隙甚至大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,必然會對煤層瓦斯賦存產(chǎn)生一定影響。本文采用微波輔助抽提方法,抽提煤中小分子有機(jī)物,研究抽提前后,煤的孔隙結(jié)構(gòu)、煤中官能團(tuán)及吸附能力的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)煤中小分子有機(jī)物對煤層瓦斯賦存具有增強(qiáng)效應(yīng)。采用四氫呋喃溶劑對煤樣進(jìn)行微波輔助抽提,獲得抽提產(chǎn)物(小分子有機(jī)物)與抽提余物(殘煤)。采用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀測試了小分子有機(jī)物的成分;采用N2吸附法測試了原煤和殘煤孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù);采用紅外光譜分析煤樣抽提前后官能團(tuán)變化。結(jié)果表明,抽提產(chǎn)物主要成分為芳香烴、脂肪烴和含雜原子的化合物,富含甲基、羥基、羰基等活性基團(tuán);煤樣抽提后官能團(tuán)的總體含量均有明顯下降,說明小分子有機(jī)物在原煤中占有一定的比重,抽提之后煤的組分含量發(fā)生變化,對煤的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附溶解特性產(chǎn)生一定影響;四氫呋喃抽提后,各煤樣的殘煤總孔體積和比表面積均比原煤減小,煤的平均孔徑增大,起到了增孔、擴(kuò)孔作用,說明煤中小分子有機(jī)物提高了煤的比表面積。開展了抽提前后煤樣的甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn),分析了抽提前后各煤樣對甲烷的吸附特性變化規(guī)律。結(jié)果表明,抽提殘煤的甲烷吸附量均低于原煤,說明煤中小分子有機(jī)物的存在可提高煤吸附甲烷的能力。依據(jù)煤中小分子有機(jī)物成分測試結(jié)果,選取柴油、潤滑油和煤焦油作為它們的模型物質(zhì),進(jìn)行甲烷溶解實(shí)驗(yàn),研究其溶解甲烷能力。結(jié)果表明:相同溫度(30℃)下,在測試壓力范圍(1~5MPa)內(nèi),它們的瓦斯溶解量隨瓦斯壓力的增加而增大;同平衡壓力下,在測試溫度范圍(30~70℃)內(nèi),它們的瓦斯溶解量隨溫度的升高而減小。采用多孔介質(zhì)-模型物質(zhì)-甲烷體系模擬煤骨架結(jié)構(gòu)-小分子有機(jī)物-瓦斯體系,開展甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,添加了柴油和潤滑油的擔(dān)體比純擔(dān)體的甲烷吸附量增大。隨著含量的增加,含柴油擔(dān)體的甲烷吸附量也隨之增大,表明煤中小分子有機(jī)物能夠提高多孔介質(zhì)對瓦斯的吸附能力。在研究原煤和殘煤的孔隙結(jié)構(gòu)和吸附特性變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,深入分析了小分子有機(jī)物對煤孔隙結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理,并探討了由此而產(chǎn)生的對煤吸附特性的影響機(jī)理。發(fā)現(xiàn)煤中小分子有機(jī)物可提高煤的比表面積,增強(qiáng)煤吸附瓦斯的能力,同時小分子有機(jī)物溶解瓦斯的能力及其富含的官能團(tuán)可為煤吸附瓦斯提供更多的吸附位與空間,進(jìn)而增加了煤吸附瓦斯能力,兩者共同作用導(dǎo)致煤中小分子有機(jī)物對煤層瓦斯賦存具有增強(qiáng)效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712
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本文編號：1228142