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基于压汞-低温液氮联孔与核磁共振分析的煤中孔径分布对比研究

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煤矿安全 2024年第2期55卷 1-9页

作者：李娜娜刘会虎桑树勋安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008

煤中孔隙结构测量常用压汞法、低温液氮法和核磁共振法,因不同方法的原理和测试范围不同,导致结果无法统一使用,且压汞法中基质压缩效应会造成较大误差;为解决该问题,以沁水盆地晋城和长治矿区的3个高阶煤样为例,利用压汞、低温液氮吸... 详细信息

煤中孔隙结构测量常用压汞法、低温液氮法和核磁共振法,因不同方法的原理和测试范围不同,导致结果无法统一使用,且压汞法中基质压缩效应会造成较大误差;为解决该问题,以沁水盆地晋城和长治矿区的3个高阶煤样为例,利用压汞、低温液氮吸附及核磁共振驰豫法分别测试煤样的孔隙结构,通过对压汞数据进行压缩性校正,与低温液氮数据在衔接孔径处拼接,对煤的孔隙结构进行了联合表征,并结合核磁共振对比分析了煤的孔径分布特征。结果表明:压汞数据校正后孔体积与低温液氮的结果更接近,偏差值在22.40%~38.51%;不同煤样采用联孔法进行孔隙结构分析的联孔位置在75~89 nm之间;联孔法煤样孔容积为0.00136~0.00458 cm^(3)/g,不同孔径孔容比例表现为过渡孔>大孔>中孔>微孔;与单一测试方法相比,联孔法与核磁共振法孔径分布更为接近,但同时也存在差异,联孔法表征的微孔、过渡孔、中孔和大孔平均分布比例分别为8.68%、45.58%、20.54%和25.20%,核磁法微孔、过渡孔、中孔和大孔平均分布比例分别为10.64%、64.21%、14.23%和10.92%,结果差异原因可能主要与压汞法、低温液氮法加压改变了煤的孔隙结构有关;通过核磁共振结果对比,联合校正后的压汞与低温液氮数据可提高煤中孔径分布测试结果的准确性。

关键词：煤孔隙结构孔径拼接压汞法低温液氮吸附法低场核磁共振驰豫法

煤氧化混合气体在煤孔隙结构中的运移机制实验研究

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煤炭科技 2023年第2期44卷 48-53页

作者：于涛浙江亿扬能源科技有限公司浙江杭州310026

煤自燃氧化产生的混合气体在煤体中的流动对于准确评估内因火灾风险状态具有重要意义。基于此,通过煤样自加热氧化及混合气体渗透试验系统,测试分析了煤样的氧化气体成分,并且分析了混合气体通过吸附渗透煤柱的运移效果。研究结果表明,C... 详细信息

煤自燃氧化产生的混合气体在煤体中的流动对于准确评估内因火灾风险状态具有重要意义。基于此,通过煤样自加热氧化及混合气体渗透试验系统,测试分析了煤样的氧化气体成分,并且分析了混合气体通过吸附渗透煤柱的运移效果。研究结果表明,CO_(2)、CO及不饱和烃的浓度随着温度的升高呈规律性增大,而饱和烃浓度随着温度的升高没有规律性。吸附渗透煤柱入口和出口处的气体浓度随煤和气体分子的性质而变化,同时采用渗透率来表征气体在煤体中的运移特征。C_(3)H_(6)和C_(2)H_(2)渗透率较低(低于0.7)的原因是煤体对气体吸附过程的结果。而气体(CO和H_(2))临界温度越低,该气体在煤体中渗透率越高(超过0.9)。

关键词：煤氧化混合气体煤孔隙结构运移机制

浸水-失水过程对煤孔隙结构及自燃属性影响现状及分析

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内蒙古煤炭经济 2023年第6期 122-124页

作者：倪鑫华北科技学院河北廊坊065201

本文概述了近年来国内外学者关于浸水-失水过程对煤孔隙结构及自燃属性影响的研究现状,从煤的孔隙结构、煤低温氧化过程中的产物、化学结构变化三方面分析。研究表明:含水煤中的水分对煤自燃具有双重作用——煤中含水量存在临界值,低于... 详细信息

本文概述了近年来国内外学者关于浸水-失水过程对煤孔隙结构及自燃属性影响的研究现状,从煤的孔隙结构、煤低温氧化过程中的产物、化学结构变化三方面分析。研究表明:含水煤中的水分对煤自燃具有双重作用——煤中含水量存在临界值,低于临界值时,水分对煤自燃起促进作用,高于临界值时,水分对煤自燃起抑制作用。水浸煤具有更加发育的孔隙结构,自由基浓度更大,比原煤更容易氧化自燃。出于目前研究存在的局限性,应加强对造成孔隙结构变化过程机理的研究,建立水分-温度-承压状态等多因素对煤孔隙结构影响的模型,应用在水浸煤的自燃发火防治工作中。

关键词：水浸煤水分散失煤自燃特性煤孔隙结构

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结合孔隙结构分析注水对煤体瓦斯解吸的影响

岩石力学与工程学报 2011年第4期30卷 686-692页

作者：赵东赵阳升冯增朝太原理工大学采矿工艺研究所山西太原030024

为了研究煤体瓦斯的解吸特性受高压注水影响的机制,结合压汞试验测定的煤的沟通孔隙率和孔径分布规律以及煤样注水后水残留在煤样中的质量,对不同煤种一定吸附瓦斯压力在注入不同压力水的条件下,煤体瓦斯解吸规律的差异进行分析。结果表... 详细信息

为了研究煤体瓦斯的解吸特性受高压注水影响的机制,结合压汞试验测定的煤的沟通孔隙率和孔径分布规律以及煤样注水后水残留在煤样中的质量,对不同煤种一定吸附瓦斯压力在注入不同压力水的条件下,煤体瓦斯解吸规律的差异进行分析。结果表明:(1)不同煤种在同等吸附瓦斯压力条件下,沟通孔隙率越大,煤体瓦斯解吸能力越强;(2)相同煤种煤体瓦斯的解吸能力与吸附瓦斯压力大小有关,吸附压力越大,解吸能力越强;(3)根据煤的孔径分布规律和注水后煤中水的含量,计算出不同注水压力下水进入到煤体的临界孔隙尺度,该值直接影响煤体瓦斯的解吸能力,即临界孔隙尺度越小,解吸率越低;(4)通过数据拟合得出煤体瓦斯的解吸率与水进入到煤体的临界孔隙尺度符合Langmuir型规律的函数关系式。

关键词：采矿工程煤孔隙结构瓦斯解吸注水临界孔隙尺度

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贵州矿区煤孔隙结构及其等温吸附特性研究

煤矿安全 2017年第1期48卷 9-12页

作者：沈仲辉李希建徐明智贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 复杂地质矿山开采安全技术工程中心贵州贵阳550025 贵州省劳动保护科学技术研究院贵州遵义563000 贵州煤矿矿用安全产品检验中心贵州遵义563000

为完善贵州矿区煤孔隙结构及瓦斯吸附特性,促进煤层气的抽采和防治煤与瓦斯突出,以贵州矿区4个不同矿井煤样为研究对象,利用扫描电镜、压汞和等温吸附等手段进行测试。结果表明:贵州煤大量发育裂隙和次生孔隙,这些裂隙和孔隙是煤层瓦斯... 详细信息

为完善贵州矿区煤孔隙结构及瓦斯吸附特性,促进煤层气的抽采和防治煤与瓦斯突出,以贵州矿区4个不同矿井煤样为研究对象,利用扫描电镜、压汞和等温吸附等手段进行测试。结果表明:贵州煤大量发育裂隙和次生孔隙,这些裂隙和孔隙是煤层瓦斯的吸附场所和流通通道;贵州煤的孔容在0.146 8~0.228 9 m L/g之间,孔比表面积在15.434~18.260 m^2/g之间,平均孔径在33.4~51.4 nm之间,煤中大孔及裂缝是孔体积的主要贡献者,5~10 nm之间的孔隙是煤比表面积的主要贡献者,煤中开放孔较少,孔隙连通性一般;瓦斯的吸附能力与孔体积、孔比表面积具有良好的正相关性,Langmuir单分子层吸附方程适合煤对甲烷的吸附。

关键词：煤孔隙结构吸附特性等温吸附扫描电镜压汞

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水分对煤孔隙结构及自燃特性的影响研究现状

煤矿安全 2020年第2期51卷 38-42页

作者：翟小伟蒋上荣王博西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054

概述了近些年国内外学者关于水分对煤孔隙结构及自燃特性的影响研究现状,并以水分对煤孔隙结构、氧化性和放热性的影响3个方面进行了综述分析。研究表明:水分对煤自燃有双重作用——促进作用主要体现在水分增大了煤孔隙结构或羟基、羧... 详细信息

概述了近些年国内外学者关于水分对煤孔隙结构及自燃特性的影响研究现状,并以水分对煤孔隙结构、氧化性和放热性的影响3个方面进行了综述分析。研究表明:水分对煤自燃有双重作用——促进作用主要体现在水分增大了煤孔隙结构或羟基、羧酸等易与氧气反应的基团增多,苯环中C-H基团等抑制煤氧反应的结构减少,从而加强了煤氧复合反应;抑制作用主要体现在水分占据在煤内表面、煤表面产生的水膜和升温过程中的蒸汽压等阻隔了煤与氧的接触。针对目前研究存在的局限性,提出应加强水分对煤孔隙结构的扩容机理研究,建立不同含水量对煤自燃影响程度的鉴定准则及评价指标,得到不同含水量对煤自燃促进或抑制作用的阶段划分及临界含水量范围。

关键词：煤自燃特性水分煤孔隙结构氧化性放热性

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煤岩超微孔隙结构特征及其分形规律研究

湖南科技大学学报（自然科学版） 2010年第3期25卷 15-18,28页

作者：江丙友林柏泉吴海进朱传杰陆振国中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室安全工程学院江苏徐州221008

煤岩超微孔隙结构对煤的吸附和强度性能起到非常重要的决定作用.为了对其进行精确测定,采用了高精度压汞仪对来自8种不同硬度的煤样进行压汞法实验,测定得出超微孔隙结构的所有特征参数.根据压汞法基本原理和分形几何学理论建立了切合... 详细信息

煤岩超微孔隙结构对煤的吸附和强度性能起到非常重要的决定作用.为了对其进行精确测定,采用了高精度压汞仪对来自8种不同硬度的煤样进行压汞法实验,测定得出超微孔隙结构的所有特征参数.根据压汞法基本原理和分形几何学理论建立了切合实际的煤孔隙分形维数计算模型,利用孔隙特征参数计算出各硬度的孔隙结构分形维数.研究发现:煤孔隙结构具有很好的分形特征,煤体越松软,分形性越好,用分形规律研究煤岩孔隙结构越精确;随着煤体硬度的增加,孔隙分形维数不断降低,煤体抗压强度不断增大;建立硬度与孔隙分形维数之间的定量关系式,可以用硬度定量描述煤的吸附性和抗压强度.研究结论对于煤层瓦斯的运移、瓦斯抽放以及瓦斯突出均有着极为重要的意义.

关键词：煤岩超微孔隙结构特征分形规律 rock 孔隙分形维数硬度微孔隙结构抗压强度压汞法煤体结构分形维数煤孔隙结构分形几何学定量关系式吸附瓦斯突出瓦斯抽放强度性能煤层瓦斯

水分及矿化度对中阶煤CO2驱替CH4影响的实验研究

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水分及矿化度对中阶煤CO2驱替CH4影响的实验研究

作者：杨建敏中国矿业大学

学位级别：硕士

伴随着近几年全球变暖、冰川融化以及臭氧层破坏等气象灾害加剧,煤炭消费引起的“碳排放”问题日益受到重视,节能减碳迫在眉睫。在“双碳”战略背景下,煤层CO地质封存与CH强化开采技术(CO-ECBM)是以煤炭为主的化石能源低碳洁净高效利用... 详细信息

伴随着近几年全球变暖、冰川融化以及臭氧层破坏等气象灾害加剧,煤炭消费引起的“碳排放”问题日益受到重视,节能减碳迫在眉睫。在“双碳”战略背景下,煤层CO地质封存与CH强化开采技术(CO-ECBM)是以煤炭为主的化石能源低碳洁净高效利用的关键技术,有着巨大的发展潜力。我国高矿化度矿井水分布区域广泛,煤层水及其矿化度对煤储层物理化学性质、气体的吸附解吸及运移等方面有着显著影响,其对煤储层CO-ECBM的影响不可忽视。然而,目前针对不同水分和矿化度作用下二氧化碳驱替煤层气仍存在数据缺失、分析不够深入、影响机制不清等问题,严重制约了这项技术的推广应用。为深入探究水分及矿化度对CO驱替煤层CH的影响机制,弥补这方面的数据缺失,本文以采自淮南矿区的中阶煤为研究对象,开展了不同矿化度水处理前后煤孔隙结构、润湿性、气体吸附性等方面实验研究,分析了矿化水对CO驱替CH的影响机制,得出的结论主要如下:(1)矿化水处理后会降低煤中孔隙的孔径峰值,同时减少煤的孔容与比表面积。3组实验煤样的N吸脱附曲线形态与滞后环类型具有相似特征,其中原始煤样的总孔容为8.09×10 cm/g,总比表面积为9.71 m/g,经去离子水(0g/L)和矿化水(20g/L)处理后煤中孔隙的孔径峰值均有一定程度地降低,孔容分别减少了13.35%、16.56%,比表面积分别减少了2.68%、20.19%,且减少量主要来源于2～10nm的介孔。(2)当矿化度从0g/L增加至20g/L,煤-水接触角从59.49°增大至82.33°,上升了38.4%,表明水的矿化度越高,与煤表面的接触角越大,即煤表面越疏水;水的表面张力从73.4mN/m上升至73.91mN/m,表明矿化度增加会使水的表面张力增大,导致水的润湿性和流动性减弱。(3)水分会降低煤吸附气体的能力,矿化度的增加则会进一步导致煤的吸附能力下降。分别进行了干燥、注去离子水和注矿化水(0.5g/L～20g/L)煤样CO与CH等温吸附实验,结果表明,相同条件下干燥煤样对两种气体的吸附量均大于饱水煤样,验证了煤中水分的存在会降低煤吸附气体能力的观点;注矿化水煤样对两种气体的吸附量小于注去离子水煤样,表明水中矿化度的增加会进一步降低煤的吸附能力,但存在一个极限值,超过这个极限值,矿化度基本不再降低煤的吸附能力,这个极限值约为8g/L。(4)水中矿化度的增加会对驱替效果产生负面影响,出现这种现象是由于矿化水对煤孔隙结构特征和吸附能力综合作用的改变导致的。利用柱状煤样开展了不同注气压力与不同矿化度下注CO驱替N物理实验研究,结果表明,注气压力越高,置换出的N量越多,CO的吸附量越大,驱替置换效率平均增长5.04%,置换比平均下降6%,驱替的效果在一定程度上有所提高;含水煤样的驱替置换效率与置换比小于干燥煤样,且随水中矿化度的增加呈现出减小趋势,驱替的效果在一定程度上有所下降。(5)利用COMSOL软件开展了CO驱替CH数值模拟研究,验证了水中矿化度的增加会对二氧化碳驱替煤层气的效果产生负面影响,导致驱替的效果变差。在煤体驱替过程中,注气压力升高可在一定程度上提升CO驱替煤层CH的效率;矿化度对驱替过程时间长短的影响规律不显著,但对煤中气体的吸附/脱附影响规律与物理实验中取得的规律具有一致性,置换比整体上随矿化度增加而下降。本论文共有图53幅,表20个,参考文献92篇。

关键词：水分矿化度 CO2驱替CH4 煤孔隙结构吸附性差异

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煤层小断层影响下的煤体瓦斯赋存特性研究

煤层小断层影响下的煤体瓦斯赋存特性研究

作者：吴铭川西安科技大学

学位级别：硕士

随着我国煤矿开采深度增加,开采强度增大,地质构造对煤层瓦斯赋存影响作用逐渐增强,煤层小断层作为采掘工作面广泛发育的小型构造之一,其构造影响区域煤体赋存特性的改变导致煤层瓦斯异常赋存,使得回采过程中瓦斯涌出量异常变化,煤与瓦... 详细信息

随着我国煤矿开采深度增加,开采强度增大,地质构造对煤层瓦斯赋存影响作用逐渐增强,煤层小断层作为采掘工作面广泛发育的小型构造之一,其构造影响区域煤体赋存特性的改变导致煤层瓦斯异常赋存,使得回采过程中瓦斯涌出量异常变化,煤与瓦斯动力灾害频发,严重影响煤矿安全高效生产。因此,研究煤层小断层影响下的煤体瓦斯赋存特性对科学合理防治瓦斯灾害具有一定指导意义。基于澄合矿区煤层小断层广泛发育的地质背景,通过现场采集不同规模的煤层小断层影响下的断层煤岩和原始煤岩样品,进行煤样基础参数测定,结果表明断层煤样水分和挥发分变化不大,灰分减小,固定碳增加;断层煤样坚固性系数在0.12～0.21之间,小于原始煤样;进一步对煤体粒径分布测定,发现中等粒径和小粒径煤颗粒质量占比增加,表明小断层影响下的煤体物理特性发生改变。采用电镜扫描、压汞实验、氮气吸附实验对煤体孔隙结构进行研究,发现断层煤样内部裂隙和孔隙较原始煤样更为发育;断层煤样微孔、中孔的孔容增大,过渡孔孔容变化不明显,大孔孔容减小;断层煤样的微孔、过渡孔和中孔累计比表面积较原始煤样增加,大孔累计比表面积减小。利用瓦斯吸附解吸仪和煤岩芯渗透率测定装置对煤体瓦斯吸附解吸及渗透特性进行分析,得出断层煤样瓦斯吸附量大于原始煤样,各阶段的瓦斯解吸量也大于原始煤样,断层煤样初始渗透率低于原始煤样,随气体压力增加,两者渗透差值逐渐减小;随煤层小断层规模增大,煤体瓦斯吸附、解吸能力显著增强,煤体渗透率则逐渐减小。通过构建含小断层煤层数值模型,模拟分析煤层小断层影响下的局部煤层应力特征,结果表明断层上盘煤层应力随与断层距离的增加,先快速减小,随后缓慢提升,之后趋于稳定,断层下盘煤层应力随与断层距离的减小,先是缓慢小幅增大,接近断层面时快速减小,断层面与煤层的交互处存在应力集中区域,且随着断距增加,应力峰值逐渐增大。通过现场瓦斯含量测定得到煤层小断层与瓦斯异常分布的关系,断层区域瓦斯含量处于2.1197m3/t～5.6331m3/t之间,主要在小断层上盘形成瓦斯富集区域,随断层规模增大,其对瓦斯异常超量赋存的影响作用增强。研究结果为矿井瓦斯灾害预测、煤层气开采和矿井瓦斯防治可提供一定理论依据。

关键词：小断层煤层瓦斯煤孔隙结构瓦斯地质瓦斯赋存