高溫高壓三相介質(zhì)煤吸附瓦斯機(jī)理與吸附模型.pdf

1、我國是一個缺油少氣富煤的國家,煤炭是主要能源,深部煤炭及煤層氣資源儲量豐富。瓦斯(煤層氣)與煤同生共體,主要以吸附態(tài)存在,煤的吸附能力是影響煤層含氣量的關(guān)鍵因素之一。煤及煤儲層的吸附實(shí)質(zhì)上是一定溫壓條件下固、氣、液三相介質(zhì)耦合作用的結(jié)果,深部煤層三相介質(zhì)條件的變化,對煤吸附瓦斯的控制機(jī)理還不明確。
　　針對深部煤層開采所面臨的瓦斯災(zāi)害防治問題,論文研究在借鑒前人已有成果的基礎(chǔ)上,基于煤巖學(xué)、瓦斯(煤層氣)地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、物理化學(xué)及界

2、面化學(xué)、統(tǒng)計熱動力學(xué)、物理模擬和數(shù)值模擬等學(xué)科理論,分析了深部煤層溫度、壓力以及固、液、氣三相介質(zhì)的變化特征,分別選用褐煤、氣煤、焦煤和無煙煤作為研究煤樣,綜合采用常規(guī)測試、孔隙結(jié)構(gòu)測試和化學(xué)組成分析等測試手段和方法,對不同含水率煤樣、不同濃度比例的混合氣體進(jìn)行高溫高壓吸附實(shí)驗(yàn),深入研究了高溫高壓三相介質(zhì)條件下煤吸附瓦斯的控制機(jī)理和吸附模型。論文研究取得了以下主要進(jìn)展:
　　(1)基于煤孔隙表面的非均勻特征和非均勻固體的物理吸附理

3、論,引入煤的分形維數(shù),提出了煤的綜合分形維數(shù),建立了高溫高壓三相介質(zhì)條件下煤吸附瓦斯的 Fractal-Langmuir數(shù)學(xué)模型。與傳統(tǒng)的 Langmuir模型相比,新模型精度高,具有更普遍的理論意義。
　　(2)對深部煤層的含水率進(jìn)行了物理模擬和數(shù)值模擬,結(jié)果顯示:在煤級相同的前提下,埋藏深度增加,煤層溫度升高,煤層含水率減小,但到達(dá)一定埋藏深度后,溫度因素可能不再對煤層含水率產(chǎn)生影響;建立了平衡水分含量與溫度和煤級的綜合數(shù)值模

4、型。
　　(3)高溫高壓平衡水條件下煤吸附瓦斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相同壓力條件下,不同煤級,溫度與水分對煤的吸附影響存在差異,溫度對褐煤的吸附影響大于水分的影響;溫度對焦煤的吸附影響小于水分的影響;而氣煤和無煙煤表現(xiàn)為:30℃向40℃過渡時,溫度的影響小于水分的影響;40℃向50℃過渡時,溫度的影響大于水分的影響。
　　(4)對深部煤層進(jìn)行等溫吸附實(shí)驗(yàn)研究時,應(yīng)該選用與模擬深度相對應(yīng)的溫度下平衡水含量的煤樣;最高實(shí)驗(yàn)驗(yàn)壓力宜設(shè)置