高溫高壓三相介質煤吸附瓦斯機理與吸附模型.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鍵因素之一。煤及煤儲層的吸附實質上是一定溫壓條件下固、氣、液三相介質耦合作用的結果,深部煤層三相介質條件的變化,對煤吸附瓦斯的控制機理還不明確。
　　針對深部煤層開采所面臨的瓦斯災害防治問題,論文研究在借鑒前人已有成果的基礎上,基于煤巖學、瓦斯(煤層氣)地質學、力學、物理化學及界

2、面化學、統(tǒng)計熱動力學、物理模擬和數(shù)值模擬等學科理論,分析了深部煤層溫度、壓力以及固、液、氣三相介質的變化特征,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、孔隙結構測試和化學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行高溫高壓吸附實驗,深入研究了高溫高壓三相介質條件下煤吸附瓦斯的控制機理和吸附模型。論文研究取得了以下主要進展:
　　(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條件下煤吸附瓦斯的 Fractal-Langmuir數(shù)學模型。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行了物理模擬和數(shù)值模擬,結果顯示: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,但到達一定埋藏深度后,溫度因素可能不再對煤層含水率產生影響;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驗結果顯示,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)對深部煤層進行等溫吸附實驗研究時,應該選用與模擬深度相對應的溫度下平衡水含量的煤樣;最高實驗驗壓力宜設置