山阳井田原生结构煤与软煤的吸附—解吸特征研究

【摘要】：迄今为止，我国煤层气除沁水盆地的部分地区有所突破外，还没有达到大规模商业化开发程度。究其原因，主要是由于过分依赖美国建立在地质构造较为简单基础上的煤层气理论体系。国内外关于软煤的吸附-解吸特征研究较少，甚至将软煤视为煤层气开发的禁区，而我国煤田构造的复杂性迫切需要进行深入探讨，以拓展煤层气研究的新领域。因此，亟需加强软煤的吸附-解吸特征研究。 本文通过对澄合矿业有限公司山阳煤矿5#煤的原生结构煤和软煤样品进行压汞、低温液氮吸附、扫描电镜以及等温吸附-解吸等实验，结合构造地质学、煤地质学、瓦斯地质学、煤层气地质学、物理化学等学科交叉理论，对山阳井田原生结构煤与软煤的吸附-解吸特征进行了深入研究。 研究结果表明软煤与原生结构煤吸附能力的差异性，主要体现于煤的孔隙特征的不同。软煤相对于原生结构煤的孔隙度、孔容、比表面积增大，其中大孔孔容、比表面积减少，中孔和小孔孔容、比表面积增大，微孔孔容、比表面积相差不大。微孔构成了煤吸附甲烷的空间，故导致软煤的吸附能力略大于原生结构煤；对于原生结构煤，随着粒径增大，煤吸附甲烷的能力降低、速度变慢；随着温度升高，煤吸附甲烷的能力降低、速度变慢；不同温度、不同粒度、不同结构煤的解吸曲线均滞后吸附曲线，甲烷等温吸附-解吸过程是非可逆的，可引起解吸滞后现象。吸附热计算结果表明，不同粒径、不同结构煤吸附过程中的吸附热均小于解吸过程中的吸附热，这种热量上的差值从热力学上解释了煤层气解吸滞后现象。