煤体CO_(2)吸附/解吸变形特征及变形模型

作     者：张遵国 陈毅 唐朝 马凯欣 张春华 ZHANG Zunguo;CHEN Yi;TANG Chao;MA Kaixin;ZHANG Chunhua

作者机构：辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125105 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第8期

页      面：3128-3137页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0705[理学-地理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51704147,51974149) 辽宁省教育厅科学研究资助项目(LJKZ0345)。 

主　　题：CO_(2)地质封存 等温吸附 膨胀变形 应变-吸附量 变形模型 可注性 

摘      要：煤体CO_(2)吸附/解吸特征是衡量CO_(2)地质封存潜力的重要指标,煤体吸附/解吸CO_(2)过程发生的变形则是影响CO_(2)可注性的重要因素。利用自主研制的煤层高压吸附/解吸(变形)试验系统开展了3种不同煤阶煤吸附量与变形量同步测试试验,分析了煤体CO_(2)吸附/解吸变形特征,建立了吸附/解吸过程应变量-吸附量关系模型以及煤样CO_(2)吸附/解吸变形模型,探讨了3种煤的CO_(2)可注性及CO_(2)封存技术的适用性。结果表明:3种不同煤阶煤均具有明显解吸滞后特征,且随煤阶升高,解吸滞后特征减弱,促使煤解吸体应变曲线由“滞后向“超前转变。3种不同煤阶煤吸附/解吸变形均存在各向异性。气煤和1/3焦煤吸附/解吸变形离散性大,贫煤离散性小,各煤样吸附/解吸变形的离散性均随平衡压力增大逐渐减小。相同吸附量条件下煤样吸附/解吸体应变关系为气煤1/3焦煤贫煤,但由于3种煤样吸附能力的差异,相同吸附平衡压力条件下煤样吸附/解吸体应变关系为贫煤1/3焦煤气煤,说明煤样应变量由吸附量和膨胀变形能力综合决定。吸附/解吸过程煤样的应变量和吸附量呈三次函数关系,结合煤的等温吸附模型(D-A方程),建立了煤体吸附/解吸变形模型,该模型能够精确拟合煤吸附/解吸CO_(2)变形数据,反映煤样吸附/解吸变形与吸附量及平衡压力的关系。对比分析气煤、1/3焦煤、贫煤3种煤样的吸附/解吸特征及变形特征,贫煤CO_(2)可注性最好,更适用于间歇式注入方法提高煤层可注性;气煤则更利于CO_(2)的长期储存。