岩浆侵入对煤吸附瓦斯特性的影响分析

为了研究岩浆侵入对煤吸附瓦斯特性影响,以卧龙湖并田10煤11个煤样为研究对象,采用工业分析、等温吸附实验、液氮吸附法测BET比表面积和CO2吸附法测微孔等方法,对比分析了多元物性参数和煤样与火成岩距离的关系.结果表明:岩浆热演化范围为60 m左右.靠近岩浆岩,镜质组反射率Rm由2.74％增至5.03％,挥发分Vdaf由16.04％减至6.85％,煤的变质程度提高.吸附常数a有先增加后减小的趋势,8#煤样(热演化区)a=59.02 m3/t,为最大值.岩浆覆盖区1#煤样a=13.53 m3/t,为最小值.吸附常数a、BET比表面积和微孔孔容分布曲线相关性较好,从数值大小来看,热演化区高于正常区,正常区高于岩浆覆盖区.岩浆接触变质作用,降低了煤吸附瓦斯能力.岩浆侵入煤层使热演化区煤的微孔较发育,比表面积变大,瓦斯吸附位增多,煤的吸附瓦斯能力增强.     

沁水盆地南部煤层气储层纳米级孔隙特征研究

纳米级孔隙是煤储层吸附甲烷的主要场所,通过对沁水盆地南部4个矿区12个代表性煤样的液氮吸附实验,详细分析了煤的纳米级孔体积、比表面积、孔径分布及孔形结构等孔隙特征(1.5¹00 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5100 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5⁰.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.1960.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.196².654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(102.654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(10¹00 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5100 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5⁵ nm)控制。实验煤样的吸附回线可以分为4类,根据吸附回线可将实验煤样的孔形结构分为半封闭孔、开放孔、细瓶颈孔。随变质程度增高,孔体积和比表面积均表现出先降低再增加的趋势;比表面积与镜质组含量存在微弱的正相关关系,而与矿物质含量的关系则相反。     

基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔大孔介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。     

煤变质作用对煤储层孔隙系统发育的影响

为了深入研究煤变质作用对煤储层孔隙系统发育特征的影响,通过镜质组反射率测试、压汞实验和低温液氮吸附实验等手段,探讨了BET比表面积与微孔体积的关系,分析了煤变质程度对孔隙度、微孔体积及BET比表面积的影响。结果表明：煤孔隙度随煤级的增高呈现高-低-高的变化规律,在Ro值为23%左右时达到极小值;微孔体积随煤级的升高亦呈现出高-低-高的变化规律;BET比表面积随微孔体积的增加呈线性增加趋势,并且随煤级的升高呈现高-低-高的变化规律,在Ro值为25%时达到最小值。另外,利用扫描电镜对部分沁水盆地高煤级样品进行观察,发现热成因孔普遍分布,这成为高煤级煤孔隙度和BET比表面积增大的重要原因。     

黄陇煤田低煤阶煤储层孔隙特征及吸附储集性能研究

为了研究黄陇侏罗纪煤田低煤阶煤煤储层孔隙特征和吸附储集性能,采集了黄陇煤田不同矿区的煤样,利用液氮吸附、扫描电镜和等温吸附试验等测试方法,研究了低煤阶煤储层煤比表面积、孔容特征、孔隙特征、孔径分布特征、微裂隙发育程度及煤样的吸附特征。研究结果表明:黄陇煤田低煤阶煤BET比表面积集中分布在1~5 m~2/g,比表面积较小;BJH孔容分布区间集中在0.003~0.030m L/g,煤孔径分布特征主要以微孔和小孔为主,中孔次之;煤样表面微孔隙发育,Langmuir体积分布在7.95~16.52 m3/t,Langmuir压力分布在1.22~5.77 MPa,吸附能力一般,易解吸。结合以往地勘资料研究认为彬长、焦平及黄陵矿区有利于煤层气的勘探开发。     

不同煤种孔隙结构分布及特征研究

选取4个不同矿山的煤种制作煤样,通过液氮吸附实验研究煤样孔隙特征,实验测得煤样孔隙比表面积、平均孔径、吸脱附曲线等有关数据。实验结果分析表明:煤样的氮气吸附量与BET比表面积呈正相关,在孔隙结构中,微孔和小孔占煤样孔隙的主要部分,平均孔径越小,10～50 nm的小孔越多,孔容和比表面积两者变化趋势也呈正相关,等温吸附脱附曲线能够判断煤孔隙类型。     

不同软硬煤的结构差异性研究

为研究不同软硬煤的微结构差异性特征,以山西潞安王庄煤矿为工程背景,针对6种不同软硬煤样,采用电镜扫描(SEM)分析了表面形貌特性,并结合低温液氮吸附法研究了软硬煤的孔隙结构特征,对不同变质变形程度煤样的微结构差异性进行了对比分析。研究结果表明:构造变形对软煤的表面结构有显著影响,软煤较对应的硬煤表面更粗糙,拥有更复杂的表面孔隙结构;煤化作用对孔隙结构具有差异显著,煤的孔径随变质程度的增加而逐步变小;孔总比表面积随煤化程度的加深而变大,所有煤样微孔比表面积所占比例均超过了60%,比表面积主要由微孔贡献;软煤的平均孔径始终小于对应的硬煤,而孔比表面积始终大于相应的硬煤;构造变形使得煤体结构变得更复杂,构造软煤具有超前演化特征。     

煤的孔隙分布对其吸附解吸特征的影响

为了研究煤的孔隙分布规律对其吸附解吸特征的影响,对干燥煤样进行了压汞实验和等温吸附解吸实验。结果表明,煤的吸附解吸过程具有不可逆性和解吸过程的滞后性,滞后的主要原因是实验煤样孔径为100 nm以下的孔隙比较发育,容易形成毛细凝聚;煤样中孔隙的比表面积主要被过渡孔和微孔所占据,微孔的比表面积占总表面积比例分别为68.82%和72.96%,这决定了煤的吸附能力。     

赋存CO煤层孔隙结构及其演化特征研究

为研究开滦矿区含CO煤层煤孔隙结构演化特征,采用扫描电镜、压汞实验、电子显微镜对不同煤级的煤进行了测试。研究表明,赋存CO煤层孔隙结构局部为碎粒孔,裂隙为张性外生裂隙;孔径结构以过渡孔、微孔为主,大孔、中孔含量很少;大孔、中孔在Ro,max为0.8%左右,出现明显增加的趋势,随Ro,max增加,过渡孔减少,微孔增加;孔隙率在Ro,max为0.8%附近,出现激增的现象;内比表面积在Ro,max为0.8%附近,出现低点。研究认为煤层中含CO可能在此时由于构造应力作用产生。     

构造煤与原生结构煤孔隙特征及瓦斯解吸规律试验

为了研究卧龙湖矿8煤层构造煤与原生结构煤孔隙特征及瓦斯解吸规律,分别采用压汞法和解吸试验对4组煤样进行试验研究。试验结果表明:构造煤中孔和大孔孔容所占比例高于原生结构煤,构造作用对煤的中孔和大孔有明显的改造效果,而且可能产生新的微孔和小孔;构造煤微孔和小孔的比表面积和分别占总比表面积的98.85%和98.74%,原生结构煤微孔和小孔的比表面积和分别占总比表面积的99.52%和99.37%,表明微孔和小孔决定煤的比表面积,构成煤层瓦斯的主要吸附空间;同时构造煤瓦斯解吸能力显著强于相同煤阶的原生结构煤,原因在于构造煤含有较多的中孔和大孔,为瓦斯的运移提供了通道。构造作用对煤的孔隙结构改造进而影响煤的解吸性能,增加了煤与瓦斯突出的危险性。     

岩浆热事件对煤层变质程度和吸附-解吸特性的影响

为研究岩浆侵入热事件对煤层变质程度和吸附-解吸特性的作用机制,采用理论分析、实验室测定和现场验证的方法,对比分析了淮北矿区海孜井田岩浆岩侵入区和邻近临涣井田未受岩浆影响的煤层多元物性参数变化规律和孔隙特征,系统研究了采集煤样的等温吸附与吸附平衡条件下瓦斯解吸过程,揭示了岩浆岩床下伏煤层瓦斯赋存特征。结果表明:海孜井田岩浆热演化作用使煤层变质程度显著增加,煤层挥发分降低,岩浆岩覆盖区域煤层的最大镜质组反射率梯度为0.53%/100 m,远大于深成变质作用。岩浆热演化区孔径0.4~0.7 nm之间的微孔极为发育,其发育程度是未受岩浆岩覆盖区煤样的数倍,且越靠近岩浆岩的煤层,微孔发育程度越明显。岩浆热演化区内煤体的吸附能力增强,吸附瓦斯量增大,煤体的瓦斯放散初速度变大,初期解吸速度快且解吸总量大。由于岩浆岩床对下伏煤层的热变质和封存作用,易造成下伏各煤层的瓦斯压力和瓦斯含量增高,煤层的突出危险性增加。     

东曲矿软硬煤瓦斯吸附特性对比研究

为研究不同软硬煤瓦斯吸附特性,以山西古交矿区东曲矿为研究对象,针对2组不同变质程度的软硬煤,通过高压容量法测试了其瓦斯吸附性能;同时对不同软硬煤开展了低温液氮吸附实验,分析了其孔隙结构特征,从煤体微结构层面揭示了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理。研究结果表明:不同软硬煤之间存在较大的吸附差异性,瓦斯吸附参数VL最大值是最小值的1.5倍;在不同软硬煤中,微孔所占比例均大于50%,煤中的孔比表面积主要由小于10 nm的微孔所贡献;构造变形作用使得煤层中的原生孔隙裂隙系统被破坏,孔隙直径减小,微孔比例增加,孔隙比表面积也在不断增大,因而,软煤较硬煤拥有更强的吸附性能。     

基于载铜固体吸附特性的CO消除试验

一氧化碳(CO)是煤炭开采过程中主要危害气体之一,为了降低在工作面上隅角的CO浓度,开展了碳一工业中活性炭(AC)与分子筛(NaY)吸附剂对CO吸附效果的研究.通过BET比表面积测试法和X射线衍射法分别对负载氯化亚铜的分子筛和活性炭的比表面积和孔结构、物相分析进行表征,运用自行搭建的试验台对宏观吸附效果进行测试.试验结...     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气储集与产出条件

对鄂尔多斯盆地东缘58件煤岩样品进行块煤光片法显微裂隙测试、低温氮比表面测试和压汞孔隙结构测试.结果表明,鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔裂隙系统具有以下特点：显微裂隙密度大多数在20～100条/(9 cm²)之间,构造活动强烈地区微裂隙发育增多;煤储层孔隙度相对较小,孔隙结构以小孔和微孔为主,大孔次之,中孔发育最差;BET比表面积总体较高,介于0.092～20.480 m²/g,煤储层吸附能力强.运用Q型聚类分析方法,划分出4类具有不同孔隙系统的储层,结合显微裂隙发育情况得出：Ⅰ类储层显微裂隙较发育,孔隙度大,孔隙结构合理,比表面积较高,为煤层气勘探开发的有利储层;Ⅲ类储层构造微裂隙发育,但渗透性差,孔隙度、比表面积较小,中孔不发育,为煤层气勘探开发的不利储层;Ⅱ类储层介于Ⅰ,Ⅲ类储层之间,为煤层气勘探开发的较有利储层;Ⅳ类储层微裂隙发育,孔隙度中等,大、中孔发育,渗透性能较好,但储层比表面积较低,限制了储层的吸附能力,为煤层气勘探开发的较有利储层.     

固定碳对煤的孔结构和甲烷吸附量的影响

以4种不同固定碳质量分数的煤样作为研究对象,采用SEM表征其形貌,采用77 K时的N2吸脱附实验测定其比表面积、孔容和孔径分布,容量法测定其吸附甲烷的性能,并讨论煤的固定碳质量分数对其比表面积、孔容和吸附甲烷能力的影响。结果表明：当固定碳质量分数从70.17%增大到88.34%时,固定碳质量分数对煤的表面形貌、比表面积、孔容以及孔径分布的影响不显著;当固定碳质量分数从88.34%增大到94.45%时,煤的比表面积、微孔孔容分别增大1.84倍和5.06倍,孔径分布向微孔方向移动;Langmuir体积V L与固定碳质量分数（70.17%～94.45%）呈U型的二次多项式关系。     

厚硬火成岩下突出煤层动力灾害致因研究

针对海孜煤矿主采煤层顶板上部厚层坚硬火成岩造成的突水、瓦斯突出、冲击地压和地表沉陷等煤岩动力灾害,采用煤样SEM（扫描电镜）分析、组分和反射率测定等方法,研究了厚硬火成岩下突出煤层物性参数特征,采用板应力拱平衡理论研究了采动离层裂隙发育规律,采用梁结构破断弹性理论研究了厚硬火成岩对冲击地压和突水的影响,以揭示厚硬火成岩下突出煤层动力灾害的致因。研究结果表明,巨厚火成岩的热演化和圈闭作用,导致下伏各煤层孔隙发育,吸附瓦斯能力增强,各煤层突出危险性增加;厚硬火成岩为矿井主关键层,受采动影响能长期保持不断裂,其下伏煤岩层的裂隙与离层能长期不闭合,能为卸压瓦斯抽采创造条件;但随着煤层的持续和大面积开采,厚硬火成岩突然破断滑落,破断过程中释放出大量能量并向周围传播,容易引起冲击地压、矿井水灾、瓦斯突出及地表沉陷等复合型动力灾害。     

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。