煤层吸附He,CH_4和CO_2过程中的变形特性

为深入研究煤层吸附气体过程中的变形特性,开展了He,CH_4,CO_2三种气体作用下的煤层吸附变形实验,同步测试煤样在CH_4,CO_2气氛下的气体吸附量,探讨了煤样等温吸附变形机理,建立了综合考虑吸附态气体和游离态气体作用的煤等温吸附变形模型。结果表明,He作用下煤样产生压缩变形,应变曲线可分为孔隙压密和线弹性变形两个阶段; CH_4和CO_2气氛下煤样吸附变形与吸附量均呈非线性关系,相同吸附量条件下煤样吸附CH_4产生的膨胀变形量大于吸附CO_2产生的膨胀变形量;煤基质在CO_2气氛下比在CH_4气氛下更容易产生压缩变形;游离态气体不仅通过孔隙压力对煤基质有压缩作用,还能通过改变煤结构促进煤的膨胀变形。可用二次函数表达游离态气体作用下的煤样变形量与孔隙压力关系。与相关模型的对比分析表明,建立的等温吸附变形模型能够对试验数据进行精确拟合,并能够很好地描述煤样在不同吸附性气体作用下的吸附变形特征。     

CH_4和CO_2及其多元气体在淮南C_(13)煤中的吸附特性试验研究

煤对CH_4、CO_2及其多元混合气体吸附量是CO_2-ECBM技术的基础参数之一,也是评价CO_2封存量和CH_4产气量的基础。针对煤吸附混合气体试验繁琐、耗时长的问题,采用等温吸附试验分别实测了煤样对CO_2、CH_4及其混合气体的吸附等温线,并提出了混合气体吸附常数a、b与CO_2体积分数的拟合方程,得出了CO_2和CH_4混合气体吸附量预测方法。主要结论如下:淮南矿区C_(13)煤吸附CO_2的平衡时间约为24 h,远高于对CH_4的吸附平衡时间;C_(13)煤对CO_2的吸附能力是CH_4的2倍以上。C_(13)煤对混合气体的吸附量随CO_2体积分数的增大而增大;吸附常数a、b值与二氧化碳体积分数符合二次函数关系,可根据拟合方程,结合朗格缪尔方程计算任意体积比的CO_2和CH_4混合气体吸附量。     

考虑多因素的页岩气吸附模型——以川东南五峰组—龙马溪组页岩为例

甲烷在页岩中的吸附同时受页岩本体物理性质和外部储存条件的综合影响,为了建立考虑多种因素影响的页岩气吸附模型,以川东南五峰组—龙马溪组页岩为例,开展了不同总有机碳含量(TOC含量)的页岩在多个不同温度、不同含水率下对甲烷的吸附实验,采用Langmuir吸附模型对吸附数据进行了拟合,分析了饱和吸附量及Langmuir压力分别与温度、TOC含量及含水率的定量关系,最终建立了考虑温度、压力、TOC含量及含水率综合影响的多因素页岩气吸附模型,并通过与实测吸附数据对比验证了该模型的准确性。结果表明:Langmuir模型能很好的拟合五峰组—龙马溪组页岩在不同特定条件下的吸附数据,拟合精度较高,决定系数R²介于0.9728~0.9982。饱和吸附量与TOC含量呈正线性相关,与温度及含水率呈线性负相关。Langmuir压力与TOC含量呈线性负相关,与温度及含水率呈线性正相关。30℃下TOC含量为4.17%的页岩干样吸附量比TOC含量为2.95%的页岩干样吸附量高约39%。当温度由30℃增至80℃时,TOC含量为4.17%的页岩干样其饱和吸附量降低约30.6%。对于TOC含量为3.66%的含水页岩,当含水率由0增至4.2%时,30℃和60℃下页岩气的饱和吸附量分别降低了23.1%和11.4%。基于Langmuir模型建立的考虑多因素的吸附模型能准确的计算不同TOC含量、不同温度及不同含水情况下的页岩气吸附量。经与2组实测吸附数据对比验证,整个实验压力范围内的相对误差均小于6%,平均误差分别为3.67%和2.48%。经采用其他文献中不同物性的页岩吸附数据验证,表明多因素吸附模型对不同页岩有很好的适用性。     

CH_4,CO_2和N_2多组分气体在煤分子中吸附热力学特性的分子模拟

为进一步明确煤分子吸附多组分气体的热力学机制,应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,从热力学角度研究了不同温度下等比例CH_4,CO_2,N_2多组分气体在煤分子模型中的吸附行为。研究表明:在晶胞内CH_4呈点状分布,CO_2呈簇状分布,N_2呈带状分布; 3种气体的吸附量、吸附热、吸附熵关系均为CO_2CH_4N_2,吸附势能CO_2CH_4N_2;吸附量与吸附热呈线性正相关关系,吸附热与温度无明显关系;煤分子吸附CH_4,N_2,CO_2的吸附势能与其吸附量成反比,吸附势能不仅受煤分子表面自由粒子色散力影响,也受吸附焓和吸附熵的影响;相同条件下,3种气体的吸附熵与吸附量和温度均呈负相关关系;吸附热力学参数能用来表征煤分子的吸附特性,从热力学角度证实煤分子吸附CO_2优于CH_4和N_2。     

黔北页岩对CH_4、N_2、CO_2的吸附分析

页岩气主要成分为CH_4和N_2,驱替CH_4的首选气体为CO_2。为了获取黔北页岩对CH_4、N_2和CO_2的吸附特性数据,选取凤参1井样品在不同温度与压力下进行吸附实验,并进行吸附力计算。研究黔北页岩对CH_4、N_2和CO_2的吸附特性对页岩气资源评价与开发具有指导意义。     

软硬煤二元气体竞争吸附差异性研究

同一煤层软煤和硬煤物性参数特征不同,导致其对气体吸附行为存在差异。基于实验室测试模拟的方法,测试软硬煤体物性参数的差异性,搭建二元气体竞争吸附实验平台,研究软、硬煤体CO_2和CH_4竞争吸附特性规律。结果表明:除坚固性系数f值外,软硬煤基本参数相近,软煤微孔体积及孔表面积大于硬煤;单组分等温吸附,软煤吸附量大于硬煤,对CO_2吸附量大于CH_4,过程呈先增加后平缓趋势;煤对单一组分的CO_2的吸附量最大,对CH_4的吸附量最小,煤对CO_2+CH_42种混合气体总吸附量介于两者之间;随着吸附平衡压力增加,煤对混合气体的吸附曲线会逐渐远离煤对单一组分的CH_4的吸附曲线,而不断接近CO_2的吸附曲线。     

粒径分布对煤的孔隙结构及其CH_4和CO_2吸附性能的影响

通过改变20~40目和40~60目煤样的质量配比得到不同粒径分布的煤样,以研究粒径分布与煤样的CH_4和CO_2吸附性能之间的关系。使用低温N_2吸附法来表征煤样的孔隙结构;采用容量法测定它们的CH_4和CO_2吸附性能,并选取Langmuir模型对吸附数据进行拟合。结果表明:当粒径减小时,煤样的微孔含量增加;随着粒径的增加,煤样对CH_4的饱和吸附量缓慢下降。煤样对CO_2的饱和吸附量与粒径之间的变化关系与CH_4的类似,但CO_2的变化趋势更为显著。     

无烟煤基质表面CO2和CH4的吸附热力学分析

以四川煤田无烟煤为研究对象,采用高精度智能重量吸附仪测定了288、308、328 K 3个温度下CO_2和CH_4的吸附等温线,分析了CO_2和CH_4在煤基质表面的吸附热力学特性。结果表明:CH_4的亨利常数低于CO_2,CH_4在煤基质表面的吸附亲和力较弱;温度可以降低亨利常数,进而减弱CO_2和CH_4与煤的相互作用;CH_4的负值的吉布斯自由能变和表面势能大于CO_2,CO_2在煤上吸附的自发性更高,吸附也更容易;随着压力增大,负值的吉布斯自由能变和表面势能逐渐减小,高压更有利于气体的吸附;CO_2的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现增加趋势,而CH_4的等量吸附热和熵变随吸附量的增加呈现降低趋势;CO_2的等量吸附热和熵变大于CH_4。     

基于重量法的页岩气超临界吸附特征实验研究

为了有效分析页岩气体的超临界吸附特征,利用重量法等温吸附仪,借助高精度的磁悬浮天平系统,直接测试了不同压力条件下甲烷气体密度及其过剩吸附量。实验测试结果表明,当压力较小时,过剩吸附量随着压力增大而增大;当压力大于8 MPa后,过剩吸附量会随着压力的增大而减小,这主要是由于甲烷吸附相密度与游离相密度差值随压力先增大后减小导致的。页岩中超临界甲烷的等温吸附曲线在压力较大时,必然存在下降的趋势,这并非异常现象,而是超临界甲烷过剩吸附量的本质特征。此外,利用高压段甲烷过剩吸附量随压力直线递减的规律,确定了甲烷吸附相体积的计算方法,并且采取定吸附相体积的方法对绝对吸附量进行了校正,校正结果表明,超临界甲烷在页岩中的绝对吸附量依旧能很好的利用Langmuir吸附模型进行拟合及分析,可以将该经典的吸附理论扩展到超临界温度领域。     

黔北牛蹄塘组页岩的高压吸附特征研究

为了研究黔北牛蹄塘组页岩的高压吸附特征,选取了黔北凤参1井牛蹄塘组黑色页岩为实验样品,进行高压等温吸附实验,并利用Langmuir方程和多次函数对实验数据进行拟合,分析试样对甲烷的吸附量和吸附速率与压力之间的关系。     

页岩对甲烷高温高压等温吸附的热力学特性

为了研究页岩在高温高压条件下对甲烷的吸附特性,采用高压等温吸附实验仪,分析了取自贵州岑巩地区天马1井的页岩对甲烷的吸附效果,并根据lausius-Clapeyron方程和Vant-Hoff方程求得甲烷吸附的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附特性。研究结果表明:贵州岑巩地区天马1井页岩对甲烷的等温吸附曲线形态在不同温度条件下基本一致,都存在着明显的极值点;在低压阶段,等量吸附热随吸附量的增加而逐渐增加,平均吸附热为43.59 kJ/mol,表明可能发生了化学吸附;在高压阶段,等量吸附热随吸附量的减少而逐渐升高,表明随压力增加解吸更加困难;通过Vant-Hoff方程计算得到的极限吸附热为39.61 kJ/mol,表明天马1井页岩孔隙表面与甲烷气体之间的相互作用力较强。对于相互作用力较强的页岩,在页岩气开采过程中可以结合注入与页岩孔隙表面作用更强气体的方法来促进解吸,如CO2等气体。     

高围压下高孔隙水压对岩石蠕变特性的影响

为研究高应力作用下深部岩体开挖过程中孔隙水压对围岩时效变形特性的影响,选取重庆某深部细砂岩为研究对象,对其进行不同水压下分级加载蠕变试验,试验表明:孔隙水压增强了砂岩的变形能力,但随着水压的升高,加载初期的一段时间内,水压在一定程度上会延缓轴向变形;蠕变过程中黏弹性模量随时间呈指数函数变化,通过分析不同水压作用下指数函数中参数的变化规律,得到黏弹性模量随时间和水压变化的表达式,进而提出修正的广义Kelvin模型,该模型能较好的描述不同水压作用下岩石的非线性黏弹性蠕变特性。基于不同水压下加速蠕变试验曲线特征,采用拟合、类比的方法引入一个能反映不同水压作用时加速蠕变特征的二元件黏塑性模型,将该模型与修正的广义Kelvin模型串联组成一个新的非线性黏弹塑性蠕变模型。基于试验结果,利用优化分析软件1stOpt,对模型参数进行辨识,效果比较理想;对比试验曲线和理论曲线,二者吻合较好,验证了模型的正确性。     

高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验

以北皂矿的褐煤、蔡园矿的气煤、西曲矿的焦煤和古汉山矿的无烟煤作为研究煤样,模拟深部煤层的实际温度、压力和水分含量条件,进行高温高压平衡水条件下煤吸附CH4实验.实验结果表明：褐煤的朗格缪尔体积(VL)随温度的升高而减小;焦煤的朗格缪尔体积随温度的升高而增大;气煤和无烟煤的朗格缪尔体积随温度的升高先增大,后减小。研究表明：煤层埋藏深度增加,温度增高,吸附量减小;温度增高,平衡水分含量降低;平衡水分含量降低,吸附量增大.高温高压平衡水条件下煤吸附CH4的实验结果表现的特性是由于压力、温度和水分对煤吸附的综合作用的结果.在开展深部煤层等温吸附实验研究时,应该选用与模拟深度相对应的温度下平衡水含量的煤样。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

曙光煤矿高盐度及高铁锰水处理技术

针对曙光煤矿高盐度、高铁锰地下水直接饮用不达标的问题,采用锰砂过滤 精密过滤 反渗透工艺进行深度处理.运行结果表明,该系统处理高盐度、高铁锰水,出水铁离子和锰离子质量浓度均小于0.1 mg/L、溶解性总固体小于1000 mg/L,出水水质达到了<生活饮用水卫生标准>的要求.     

我国高产高效矿井建设与发展

对高产高效矿井建设作了简要回顾，总结了建设高产高效矿井取得的成绩，提出了新世纪推进建设高产高效矿井的基本思路。     

2种仪器测定煤吸附性能的对比研究

为了对比HCA高压容量吸附试验装置以及iSorb HP2高压气体吸附分析仪测定煤吸附性能的准确性,以沙曲矿的焦煤为研究对象,对两者的测定结果进行对比.结果表明:2种仪器获得的吸附常数存在较大差异,HCA高压容量吸附装置测得的吸附常数a较iSorb HP2高压气体吸附分析仪小,差值为5.557 6～5.994 0 cm3/g;b值反之,差值为0.501 4～0.664 4 MPa-1.根据试验测得的a、b值计算煤层原始瓦斯含量与实测的原始瓦斯含量相比,HCA高压容量吸附装置偏差在-0.91～-2.47 m3/t,iSorb HP2高压气体吸附分析仪偏差在-0.09 ～-2.92 m3/t,这2种仪器虽然测得的吸附常数差别较大,但在计算煤的原始瓦斯含量时却差别较小.     

依靠科技进步实现矿井高产高效的探索

平顶山天安煤业股份有限公司四矿是一座老矿井，开采条件复杂，集约化生产难度大。通过“双高”矿井建设，推进科技进步，不断完善生产系统，加强环节技术改造，实现了合理集中生产，取得了显著效益。可为同类矿井“双高”建设提供有益的借鉴。     

山西高硫高灰煤分布赋存特征及开发利用建议

山西拥有高硫842.02.2亿t、高灰煤资源量分别为473.66亿t,分别占全省煤炭资源总量的12.78%、7.19%、。高硫煤主要分布于河东煤田的中南部离柳矿区和乡宁矿区,霍西煤田南部的襄汾矿区以及西山煤田杜儿坪矿区的太原组煤中,以及沁水煤田南部的太原组煤层。高硫煤中硫以有机硫和硫化铁硫为主。高灰煤主要分布于大同煤田塔山、燕子山矿区和宁武煤田刘家梁矿区矿区的山西组煤层。山西高灰煤灰分均为高铝粉煤灰。应加强山西高硫高灰煤煤质研究,大力发展脱硫降灰技术以及高硫煤配煤炼焦技术与高灰高硫煤气化技术,实现全省高硫、高灰煤资源的洁净化、高值化、循环化利用。     

高密度电法在铁矿隐伏采空区探测中的应用

为消除采空区给铁矿采矿生产安全带来的巨大威胁,本文以袁家村铁矿采空区探测为研究对象,应用高密度电阻率法对隐伏采空区的探测进行了研究,分别建立了简单地质条件下和复杂地质条件下的采空区探测正演模型。在简单地质条件下正演模拟计算得出的电阻率剖面图中,不同装置下的采空区均具有高阻异常和电阻率突变的响应特征。在复杂地质条件下,灰岩、变辉绿岩等复杂地质体在电阻率剖面图上也有明显的异常反映,并且偶极装置对采空区异常的反映更加明显,空间位置更加吻合。在现场采空区探测中,采空区在探测成果图中有明显的反映。根据采空区识别标志圈定了采空区异常的分布范围。经钻探验证,电阻率异常空间位置与采空区实际位置基本符合。结合采空区三维激光扫描,建立了采空区立体模型,精确地获取了采空区的空间特征信息。