基于吸附势理论的构造煤甲烷吸附/解吸规律研究

【摘要】：构造煤的结构特性决定了它具有低强度、高吸附、快速解吸和低渗透性的特征，是瓦斯突出的根本原因；同时也是瓦斯涌出量测不准、瓦斯聚集的原因；更是煤矿瓦斯难抽采的直接原因。因此测定甲烷的吸附量、研究影响甲烷吸附性能的因素、丰富甲烷的吸附机理从构造煤入手才能更加准确的解决实际问题，即有利于煤层气的开发、防治瓦斯突出，又能解决温室气体排放，有十分重要的理论意义和实际应用价值。 本论文以吸附势理论为核心，根据构造煤中甲烷的吸附/解吸实验，建立吸附势-吸附相体积的吸附/解吸特征曲线，并进一步建立构造煤吸附/解吸甲烷的温度-压力综合模型，对其进行修正，进行偏差分析。本文取得的主要结论如下： 1、对八种不同样品进行甲烷吸附/解吸实验其结果如下： 不同温度条件下，原生结构煤与构造煤的吸附/解吸量随着温度升高而降低；构造煤吸附量随温度降低的规律不是特别明显，可能由于构造煤的特性决定孔隙特征不明显导致。 不同温度条件下，原生结构煤与构造煤的解吸曲线并未遵循随温度升高而降低的规律。 同一温度条件、相同压力下，构造煤的吸附/解吸量明显高于原生结构煤；随温度的升高，相同压力下，构造煤与原生结构煤吸附/解吸量的差异明显增大。 相同温度条件下，原生结构煤的吸附/解吸曲线拟合效果较好，基本在同一曲线上，明显反应了吸附-解吸过程的可逆性。构造煤的吸附/解吸曲线拟合效果不好，吸附/解吸初期差异最明显，随压力增大到最后与吸附点逐渐拟合；随温度升高，差异性也越来越大，但是从另一个角度反映了构造煤瓦斯放散初速度高，解吸量大的特性。 2、应用吸附势理论对各样品经实验后取得数据拟合吸附势-吸附相体积的吸附特征曲线，发现特征曲线的点基本在同一曲线上，符合对数关系式。 3、得出校正后的温度-压力综合吸附/解吸模型，并对其预测结果进行偏差统计。 【关键词】：矿山安全 吸附/解吸模型 吸附势理论 构造煤
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P618.11;TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究的目的及意义11-12
• 1.1.1 煤的甲烷吸附/解吸规律是煤层气开发的基础11
• 1.1.2 瓦斯含量的测定是瓦斯治理的基础11
• 1.1.3 构造煤发育区是瓦斯突出发生的危险地带11-12
• 1.2. 国内外研究现状12-21
• 1.2.1 构造煤结构与甲烷吸附/解吸特性的研究12-14
• 1.2.2 吸附动力学理论研究14-18
• 1.2.3 吸附热力学理论研究18-21
• 1.3 研究内容21-22
• 1.4 技术路线22-23
• 2 吸附势理论及应用23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 吸附势理论23-25
• 2.3 吸附特征参数25-26
• 2.4 基于吸附势理论的温度-压力综合模型建立26-37
• 2.4.1 活性炭及煤样的甲烷吸附实验26-27
• 2.4.2 吸附特征曲线的绘制27-36
• 2.4.3 煤吸附甲烷的特征曲线与 Langumir 方程对比36-37
• 2.4.4 建立温度压力综合吸附模型37
• 2.5 本章小结37-39
• 3 吸附势理论研究实验39-59
• 3.1 引言39
• 3.2 煤中甲烷吸附/解吸机理39-42
• 3.2.1 煤的结构39-40
• 3.2.2 煤中甲烷吸附机理40
• 3.2.3 煤中甲烷解吸机理40-42
• 3.2.4 吸附/解吸可逆性研究42
• 3.3 构造煤中甲烷吸附/解吸规律研究42-44
• 3.4 吸附/解吸实验44-52
• 3.4.1 样品的采集与制备44-45
• 3.4.2 实验仪器与设备45
• 3.4.3 实验原理45
• 3.4.4 实验条件45-46
• 3.4.5 实验步骤46
• 3.4.6 实验结果46-52
• 3.5 构造煤吸附/解吸甲烷的吸附势理论研究52-56
• 3.5.1 构造煤吸附甲烷的吸附特征曲线建立52-54
• 3.5.2 原生结构煤解吸甲烷的解吸特征曲线建立54-55
• 3.5.3 构造煤解吸甲烷的解吸特征曲线建立55-56
• 3.6 本章小结56-59
• 4 构造煤吸附甲烷的温度—压力综合模型校正59-73
• 4.1 引言59
• 4.2 实验煤样基本信息59-60
• 4.3 实验结果60-62
• 4.4 由温度—压力综合模型计算预测吸附量62-66
• 4.4.1 求取待定系数62-63
• 4.4.2 求取温度—压力综合模型的特征常数63-64
• 4.4.3 应用温度—压力综合吸附模型预测吸附量64-66
• 4.5 温度-压力综合模型校正66-72
• 4.5.1 逸度与逸度因子66
• 4.5.2 压缩因子66-67
• 4.5.3 逸度因子的求取67-68
• 4.5.4 逸度因子对温度—压力综合模型的校正68-72
• 4.6 本章小结72-73
• 5 结论及展望73-75
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 作者简历79-81
• 附件81

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