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《河南理工大学》 2010年
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阳泉无烟煤对N_2-CH_4二元气体的吸附—解吸特性研究

于宝种  
【摘要】: 本文从煤矿安全的角度出发,基于已有的理论,通过在实验室对制备煤样的吸附、解吸试验和对实际煤层中的注气置换驱替煤层中CH4的数值模拟,研究了煤对二元气体的吸附、解吸规律,得出了以下结论: 首先本文完成了制备好的阳泉煤样对CH4和N2混合气体的竞争吸附试验,试验表明:混合气体及其各组分都很好的符合Langmuir吸附模型,不同配比的混合气体中各组分的吸附量不同;还做了在煤先在CH4吸附平衡的条件下,注入N2进行的置换解吸CH4的试验,实验表明:一尽管煤对CH4的吸附能力强于N2,但是由于混合气体中N2的分压作用也可以将CH4从煤体中置换出来。二是不论是混合气体的竞争吸附还是CH4吸附平衡后的注N2置换解吸,其置换解吸CH4的效果相同。 本论文还就煤中孔隙的分类做了研究,将压汞试验所测的数据进行煤的孔隙分形的计算,得出了不同煤孔隙阶段的孔隙分形维数,根据煤体内孔隙的分形规律,把煤的孔隙分为三类:渗透孔、扩散孔和吸附孔。这三类孔同时也对应了瓦斯等气体在煤中的不同的运移状态。 基于表面物理化学原理,建立了考虑应变与基质收缩耦合影响的孔隙度和渗透率理论模型.在此基础上,建立了煤体孔隙、裂隙双重介质的三维、非平衡吸附、拟稳态条件下注N2置换驱替煤层CH4的数值模型,并运用数值模拟软件对其进行求解。并分析了煤体内的渗透率,含量等参数的变化规律。根据解算结果,确定了注气孔与排气孔的间距和注气时间等注气的工艺参数。经过在阳泉矿区现场注气试验验证,由数值模型得出的工艺参数较为合理。
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