本文關(guān)鍵詞：低階煤的微觀結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)瓦斯吸附解吸的控制機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：我國(guó)煤層氣資源量豐富,隨著煤層氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展,低階煤煤層氣的開(kāi)采越來(lái)越引起人們的關(guān)注。但是目前針對(duì)低階煤煤層氣開(kāi)采的研究主要集中在開(kāi)采技術(shù)和工藝,缺乏對(duì)低階煤瓦斯吸附解吸控制機(jī)理的研究。煤具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)等化學(xué)結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯吸附解吸性能有重要影響。本文以物理實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ),從孔隙結(jié)構(gòu)特征和表面官能團(tuán)兩個(gè)方面系統(tǒng)地分析了低階煤的微觀結(jié)構(gòu)特征,研究了低階煤的吸附解吸規(guī)律,探討了影響低階煤吸附解吸的關(guān)鍵因素,根據(jù)研究結(jié)果,提出了低階煤瓦斯吸附解吸的控制機(jī)理和高效抽采模式。借助壓汞和液氮吸附實(shí)驗(yàn),研究了低階煤的孔徑分布特征和孔隙類(lèi)型。結(jié)果表明:低階煤的孔隙更加發(fā)育,含有大量的開(kāi)放性孔隙,中孔和過(guò)渡孔占有較大的比例,孔隙間的連通性較好,煤中的孔隙類(lèi)型多為墨水瓶形孔和楔形孔,隨著變質(zhì)程度的增加,煤樣中微孔所占的比例逐漸增大,中高階煤樣中的孔隙類(lèi)型多為圓筒形孔和狹縫形孔。利用分形理論,計(jì)算了煤的體積分形維數(shù)和吸附孔的分形特征,并研究了煤體組分對(duì)分形維數(shù)的影響。結(jié)果表明:低階煤的孔隙率大,煤體可壓縮性強(qiáng),體積分形維數(shù)較大,甚至大于3,中高階煤樣的體積分形維數(shù)相對(duì)較小,孔隙率隨著體積分形維數(shù)的增大而減小;煤樣在低壓段(P/P00.5)的分形維數(shù)被稱(chēng)為表面分形維數(shù),高壓段(P/P00.5)的分形維數(shù)被稱(chēng)為結(jié)構(gòu)分形維數(shù);煤樣組分會(huì)造成煤體表面和孔結(jié)構(gòu)的不均一性,對(duì)分形維數(shù)產(chǎn)生影響,分形維數(shù)可以看做煤體組分復(fù)雜程度的綜合體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)FTIR譜圖的分峰擬合,定量研究了低階煤中表面官能團(tuán)的演化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)低階煤中含有大量的羥基和一定量的羧基,其羥基類(lèi)型主要為氫鍵、酚羥基和醇羥基,同時(shí)含有少量的自由羥基。低階煤中的含氧官能團(tuán)多為烷基醚和醇,而中高階煤中的含氧官能團(tuán)多為芳基醚和苯氧基醚。低階煤中的C=O官能團(tuán)含量相對(duì)較高,在變質(zhì)作用過(guò)程中,煤中的-OH部分轉(zhuǎn)化為C-O官能團(tuán),隨著變質(zhì)程度的進(jìn)一步增大,C-O官能團(tuán)發(fā)生斷裂,縮聚成芳環(huán)結(jié)構(gòu)。利用吸附解吸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了不同變質(zhì)程度煤的吸附解吸規(guī)律并定量計(jì)算了煤樣的吸附滯后系數(shù)。發(fā)現(xiàn)隨著變質(zhì)程度的增加,VL呈先減小后增大的“U”型變化趨勢(shì),褐煤的吸附能力較差,其余低階煤的最大吸附能力大于部分中階煤(1.0Ro,max1.5),小于高階煤;低階煤與甲烷的相互作用較弱,吸附量在低壓區(qū)的增長(zhǎng)速率較慢,難以達(dá)到飽和吸附。低階煤的理論解吸率和理論采收率均明顯高于中高階煤,隨著變質(zhì)程度的增加,煤樣的吸附滯后系數(shù)增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,研究了低階煤的微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)瓦斯吸附解吸的影響。結(jié)果表明:低階煤的瓦斯吸附能力受孔徑分布和表面官能團(tuán)的共同控制,瓦斯解吸能力受孔徑分布和孔隙類(lèi)型的共同控制;在對(duì)低階煤吸附解吸的控制中,孔徑分布對(duì)瓦斯吸附起主要控制作用,而在瓦斯解吸時(shí),孔隙類(lèi)型占主導(dǎo)作用。最后,提出了低階煤瓦斯吸附解吸的控制機(jī)理和低階煤煤層氣高效抽采模式。
【關(guān)鍵詞】：低階煤 孔隙特征 官能團(tuán) 吸附解吸 分形維數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-23
• 變量注釋表23-24
• 1 緒論24-41
• 1.1 研究背景與意義24-26
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-37
• 1.3 存在的主要問(wèn)題37
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容37-38
• 1.5 研究思路和技術(shù)路線38-39
• 1.6 研究工作的主要進(jìn)展39-41
• 2 低階煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征及分形研究41-72
• 2.1 低階煤的組成41-44
• 2.2 煤的孔隙結(jié)構(gòu)分類(lèi)44-47
• 2.3 壓汞實(shí)驗(yàn)47-55
• 2.4 低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)55-61
• 2.5 煤的分形特征研究61-71
• 2.6 本章小結(jié)71-72
• 3 低階煤表面官能團(tuán)的紅外光譜定量分析72-88
• 3.1 煤體表面官能團(tuán)的測(cè)定方法72-73
• 3.2 煤樣的紅外譜圖定性分析73-75
• 3.3 煤表面官能團(tuán)的定量分析75-83
• 3.4 低階煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)及官能團(tuán)的演化規(guī)律83-86
• 3.5 本章小結(jié)86-88
• 4 低階煤對(duì)甲烷的吸附解吸規(guī)律研究88-103
• 4.1 樣品制備及實(shí)驗(yàn)方法88-89
• 4.2 低階煤對(duì)甲烷的吸附解吸規(guī)律89-99
• 4.3 不同變質(zhì)程度煤吸附滯后程度的定量分析99-101
• 4.4 本章小結(jié)101-103
• 5 低階煤的微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)瓦斯吸附解吸的控制機(jī)理103-112
• 5.1 低階煤孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)瓦斯吸附解吸的影響103-107
• 5.2 低階煤表面官能團(tuán)對(duì)瓦斯吸附的影響107-108
• 5.3 低階煤的分形特征對(duì)瓦斯吸附解吸的影響108-110
• 5.4 低階煤瓦斯吸附解吸的控制機(jī)理110-111
• 5.5 本章小結(jié)111-112
• 6 低階煤煤層氣高效抽采模式112-119
• 6.1 大佛寺煤礦瓦斯賦存及儲(chǔ)層特征112-114
• 6.2 大佛寺煤的孔隙結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)瓦斯吸附解吸的影響114-116
• 6.3 低煤階高瓦斯煤層煤層氣高效抽采模式116-118
• 6.4 本章小結(jié)118-119
• 7 結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及展望119-122
• 7.1 主要結(jié)論119-120
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)120-121
• 7.3 展望121-122
• 參考文獻(xiàn)122-132
• 作者簡(jiǎn)歷132-134
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集134

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 傅雪海;秦勇;張萬(wàn)紅;韋重韜;周榮福;;基于煤層氣運(yùn)移的煤孔隙分形分類(lèi)及自然分類(lèi)研究[J];科學(xué)通報(bào);2005年S1期

2 秦勇,唐修義,葉建平,焦思紅;中國(guó)煤層甲烷穩(wěn)定碳同位素分布與成因探討[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年02期

3 黃盛初;美國(guó)煤層氣地面鉆井開(kāi)發(fā)技術(shù)[J];中國(guó)煤層氣;1995年02期

4 馮明;陳力;徐承科;李春凱;;中國(guó)煤層氣資源與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[J];資源科學(xué);2007年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 劉高峰;高溫高壓三相介質(zhì)煤吸附瓦斯機(jī)理與吸附模型[D];河南理工大學(xué);2011年

2 馬玉林;煤與瓦斯突出逾滲機(jī)理與演化規(guī)律研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：430097