煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究_张力

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煤吸附瓦斯细观特性研究

周动;冯增朝;赵东;王潞;王雪龙

【摘要】为研究甲烷吸附孔隙压力对煤膨胀变形的影响,实验应用μCT225 kVFCB 型高精度显微CT实验系统,对直径为5 mm的细观煤样进行了不同孔隙压力下的吸附瓦斯扫描实验,并通过对其孔隙率与膨胀变形量的观测与分析得到了煤吸附瓦斯细观特性.研究发现:在细观实验中煤样吸附瓦斯会导致煤体孔隙率下降,并发生体积膨胀变形;体积膨胀变形规律符合朗格缪尔方程,且煤样不同位置的孔隙率与体积变化均具有非均匀性.研究结果表明:在吸附瓦斯过程中,煤体骨架体积膨胀会导致煤体孔隙体积减小与外观体积膨胀,且煤体骨架膨胀变形时更倾向于通过挤压煤体原始孔隙来获得膨胀空间.

【期刊名称】《煤炭学报》

【年(卷),期】2015(040)001

【总页数】5页(P98-102)

【关键词】吸附;瓦斯孔隙率;膨胀变形;孔隙压力

【作者】周动;冯增朝;赵东;王潞;王雪龙

【作者单位】太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原030024

【正文语种】中文

【中图分类】TD712

责任编辑:张晓宁

周动,冯增朝,赵东,等.煤吸附瓦斯细观特性研究[J].煤炭学报,2015,40(1):98-102. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0021

Zhou Dong,Feng Zengchao,Zhao Dong,et al. Study on mesoscopic characteristics of methane adsorption by coal[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(1):98-102. doi:10. 13225/j. cnki. jccs. 2014. 0021

瓦斯复习题

模块■:

瓦斯地质

一、填空

1、煤层瓦斯是••一作用的产物，是在一一「一过程中形成的。

2、在成煤过程，大致可划分为和两个成气时期。

3、煤中的孔隙可以分为、 ----- 和----- •三种

4、瓦斯在媒体中呈两种状态存在，即和

5、游离瓦斯量的大小与瓦斯压力成 -------- 与瓦斯温度成

6、煤层中的瓦斯主要是以状态存在着。

7、气体在多孔介质中的流动主要包括两个方面，即和。

趴在瓦斯流动场内，瓦斯处于流动状态，具有、和等运动参数。

9、衡量煤层透气性的指标是・一一。

10、按照煤在构造作用下的破碎程度，可将构造煤分为三种类型，分别为、和

二选择

1、矿井瓦斯的成分很复杂，其主要成分是()

甲炕B:

二氧化碳C:

氯气

2、生成・S屯褐煤可产生()rrV瓦斯。

A:75B:80C:68

3、生成一吨肥煤可产生()xx瓦斯。

A:200B:230C:250

趴在一般情况下，游离状态的瓦斯只占总量的()％左右。

A:10B:12C:15

5、煤层瓦斯自上而下划分为()带。

A:1B:3C:

6、瓦斯风化带包括()・(多选〉

二氧化碳氮气带B:

氮气带C:

氯气甲炕带D:

甲炕带

7、根据已有资料，突出危险区主要发生在哪些构造部位(构造带)()・(多选)A: 封闭向斜轴附近B:

帚状构造的收敛端C:

煤层的扭转区D:

煤层产状变化地带

三、判断

1、瓦斯的生成、运移、赋存和富集与地质条件密切相关。()

2、中等变质程度的煤孔隙率最小，变质程度变小和变大时，孔隙率都会增大。0

3、煤的变质程度越高，煤的瓦斯含量越小・()

4、真密度与视密度的差值越大，煤的孔隙率也越大。()

近距离煤层群煤与瓦斯突出机理及预警研究

近距离煤层群煤与瓦斯突出机理及预警研究
01 引言
03 参考内容
目录
02 相关研究现状
引言
引言
近距离煤层群煤与瓦斯突出是一种严重的地下矿山灾害，会对矿工的生命安全和煤炭生产造成严重影响。因此，研究近距离煤层群煤与瓦斯突出的机理及预警方法对于预防和减少矿山灾害具有重要意义。
相关研究现状
相关研究现状
瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理研究
关键词：瓦斯煤，力学特性，煤与瓦斯延期突出，机理研究，安全生产引言煤矿瓦斯事故是一种常见的安全生产事故，其中瓦斯煤延期突出是其中一个重要原因。为了有效预防和控制瓦斯煤延期突出，开展瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理的研究具有重要的现实意义和理论价值。
煤与瓦斯突出机理
1、煤与瓦斯突出的概念及原理
1、煤与瓦斯突出的概念及原理
煤与瓦斯突出是指在煤矿开采过程中，煤层中的瓦斯压力失衡，导致煤体失去稳定性，瞬间喷出煤岩和瓦斯的现象。煤与瓦斯突出的原理是煤岩层中瓦斯压力、地应力、煤岩物理特性等多种因素的综合作用结果。
2、煤与瓦斯突出的主要原因和危害
瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理研究
研究方法本次演示从理论分析和实验研究两个方面入手，采用文献调研、数值模拟、实验测试等多种方法，系统地研究了瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理。
瓦斯煤力学特性及煤与瓦斯延期突出机理研究

吸附瓦斯与游离瓦斯

引言：

瓦斯是一种常见的危险气体，具有易燃、易爆等特性，因此处理和控制瓦斯是工业领域中重要的任务之一。在瓦斯处理过程中，吸附瓦斯和游离瓦斯是两个关键概念。本文将就吸附瓦斯和游离瓦斯进行详细介绍，并探讨它们在瓦斯处理中的应用。

一、吸附瓦斯的定义和特性

吸附瓦斯是指通过物理或化学吸附作用，将瓦斯分子吸附在吸附剂表面的过程。吸附剂通常是具有大的比表面积和一定孔径分布的固体材料，如活性炭、分子筛等。吸附瓦斯的过程主要受到温度、压力和瓦斯成分的影响。

1. 温度对吸附瓦斯的影响

温度对吸附瓦斯的吸附量有重要影响。一般来说，随着温度的升高，吸附瓦斯的吸附量会减小。这是因为在较高温度下，瓦斯分子的热运动增强，使得瓦斯分子更容易从吸附剂表面解吸，降低了吸附瓦斯的吸附量。

2. 压力对吸附瓦斯的影响

压力对吸附瓦斯的吸附量也有显著影响。一般来说，随着压力的增加，吸附瓦斯的吸附量会增加。这是因为在较高压力下，瓦斯分子更容易与吸附剂表面发生相互作用，增加了吸附瓦斯的吸附量。

二、游离瓦斯的定义和特性

游离瓦斯是指在瓦斯处理过程中未被吸附的瓦斯分子。游离瓦斯具有高的活性和易燃性，对环境和人体健康都具有一定的危害。

1. 游离瓦斯的形成原因

游离瓦斯的形成主要有以下几个原因：

（1）吸附剂饱和：当吸附剂的吸附能力达到极限时，吸附剂无法再吸附更多的瓦斯，导致剩余的瓦斯成为游离瓦斯。

（2）吸附剂再生：在吸附剂再生过程中，吸附剂需要脱附吸附的瓦斯，这些脱附的瓦斯也会成为游离瓦斯。

（3）处理过程中的泄漏：在瓦斯处理过程中，由于设备老化、操作不当等原因，会导致瓦斯泄漏，形成游离瓦斯。

一仞青山一仞诗——访河南理工大学瓦斯地质研究所所长张子敏

天下的儒家之道。上了大学后，更是如饥似渴地邀游于地质科
学知识的海洋中，日后从事前沿科学研究打下了深厚基础。为
４祖国２１下４００３
结论，而事故调查组的结论也正与张子敏推断的断层相吻合。
在《矿瓦斯灾害与瓦斯地质》煤一文中，张子敏提出要深化完善瓦斯地质理论，深入研究瓦斯赋存构造逐级控制理论，合地球物理探测方法和计算机科学，结力求做到瓦斯赋存定量化控制和可视化；深入开展深部开采扰动瓦斯灾害机
斯预测和治理的一门新兴边缘学科，对煤矿瓦斯防治及瓦斯
作为国家安全生产专家，国家科技奖评审专家，国家“ 高新技术发展计划 ” ８３评审专家，（６）河南省安全生产专家，国务院政府特殊津贴获得者，河南省一类重点学科 “ 安全技术
及工程 ” 学科带头人，中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会常务副主任，他究竟是如何实现了这样骄人的成绩，背后又有着怎样的辛劳，且让我们走近张子敏去一探究竟。
成员处理煤矿事故，获省部级奖ｌ次，３其中一等奖３ …… 次２０年ｌ月７国家煤矿安全监察局副局长兼总工程０８１日，
师王树鹤在北京听取了张子敏关于瓦斯地质与瓦斯治理的工
作汇报，对他们在瓦斯地质方面取得的突出成就给予了充分

煤与瓦斯突出机理和影响因素及其防治措施

摘要：对现有的煤与瓦斯突出机理研究成果进行了评述，阐述了煤与瓦斯突出机理的研究思路与方法和研究现状，分析影响煤与瓦斯突出的各种地质因素。随着矿井开采深度逐渐增加，煤层瓦斯含量也逐渐增高，煤层的透气性越低，突出危险性也相应增大，所以研究防治突出措施有重要的现实意义，并提出煤与瓦斯突出的防治措施。

关键词：煤与瓦斯突出地质构造防治措施

前言：

煤与瓦斯突出是采煤过程中发生的严重自然灾害之一，可在极短时间内，由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯，突出物会造成埋人，破坏设施，突出的瓦斯使人窒息，或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家自1950年发生有记载的第一次煤与瓦斯突出现象以来，在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南、河南、山西、辽宁、黑龙江等省区都发生了煤与瓦斯突出。因此，解决矿井煤与瓦斯突出灾害问题是实现煤炭工业可持续发展的当务之急。

对于煤与瓦斯突出机理，各国研究者经过长期得到努力提出了包括瓦斯主导作用、地应力主导作用、化学本质作用和综合作用等假说，基本定性的解释了煤与瓦斯突出现象。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

国外关于煤与瓦斯突出机理的研究成果可以归纳为以下4个方面[1~4]：

a.瓦斯主导作用假说这类假说认为煤体内存储的高压瓦斯在突出中起主要作用。其中

“瓦斯包”说占重要地位，认为“瓦斯包”是突出的动力来源。

瓦斯主导作用假说主要有：“瓦斯包”说、粉煤带说、煤空隙结构不均匀说、突出波说、裂缝堵塞说、闭合空隙瓦斯释放说、瓦斯膨胀说、卸压瓦斯说、火山瓦斯说、地质破坏带说、瓦斯解吸说等11种假说。

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用是一个复杂且重要的研究领域，主要涉及煤层瓦斯的吸附动力学模型、解吸动力学模型、吸附解吸动力学影响因素、以及吸附解吸特征的应用等方面的内容。

在煤层瓦斯的吸附动力学模型方面，研究主要关注煤的物理和化学性质对瓦斯吸附的影响，以及吸附动力学过程的机理和规律。

解吸动力学模型则是研究瓦斯在煤体中的解吸过程，包括解吸速率、解吸量以及影响因素等。这部分的研究有助于理解煤层瓦斯的生成和运移规律，为矿井瓦斯治理和利用提供理论支持。

同时，吸附解吸动力学的影响因素也是研究的重点，这些因素包括温度、压力、煤的孔隙结构、煤的表面性质等。对这些因素的理解有助于更好地控制和利用煤层瓦斯。

此外，吸附解吸特征的应用也是该领域的一个重要方向。这些应用包括矿井瓦斯抽采、煤层气开发利用、瓦斯灾害防治等。通过对吸附解吸特征的研究，可以提高对瓦斯灾害的预警和防治能力，保障矿工的生命安全和煤炭生产的顺利进行。

总的来说，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用是一个涉及多个学科领域的复杂问题，需要从理论和实践两个方面进行深入研究和探索。

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征是指煤体与瓦斯之间吸附和解吸过程的速率和特征。煤体中存在大量的孔隙和微孔，这些孔隙和微孔能够吸附和储存大量的瓦斯。煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究可以帮助我们了解煤体中瓦斯的吸附和解吸过程，从而更好地控制和利用煤层气资源。

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征主要包括吸附速率、解吸速率和吸附解吸平衡时间。吸附速率是指煤体吸附瓦斯的速率，它受到煤体孔隙结构、瓦斯分子与煤体表面相互作用的影响。解吸速率是指煤体释放瓦斯的速率，它受到煤体孔隙压力和温度的影响。吸附解吸平衡时间是指煤体吸附和解吸达到平衡所需的时间，它受到煤体孔隙结构和温度的影响。

煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究对于煤层气资源的开发和利用具有重要意义。首先，了解煤体瓦斯吸附解吸动力学特征可以帮助我们预测煤层气的产量和释放速率，为煤层气的开采和利用提供科学依据。其次，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究可以帮助我们设计和改进煤层气开采技术和设备，提高煤层气的开采效率和安全性。此外，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究还可以帮助我们评估煤层气的储量和资源潜力，为煤层气资源的评估和开发提供依据。煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究对于煤层气资源的开发和利用具有重要意义，它可以帮助我们了解煤层气的产量和释放速率，设

计和改进煤层气开采技术，评估煤层气的储量和资源潜力。

瓦斯抽采长钻孔负压沿孔长衰减机制及影响因素模拟研究

第38卷第2期2021年03月

釆矿与安全工程学报

Journal of Mining&Safety Engineering

Vol.38No.2

Mar.2021

文章编号：1673-3363-(2021)02-0419-10

瓦斯抽采长钻孔负压沿孔长衰减机制及

影响因素模拟研究

徐超心，王建文2,杜昌昂2,周爱桃「2,王凯「2

(I.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开釆北京市重点实验室，北京100083；

2.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院，北京100083)

摘要长钻孔具有抽采流量大、抽放时间长的优点，但是由于钻孔长度过长，在瓦斯流动过程中会有负压衰减，负压衰减对抽采效果有着重要影响。通过对瓦斯赋存和瓦斯运移的研究，结合对煤体进行受力分析，根据有效应力原理和吸附膨胀内向应变推导孔隙率和渗透率的演化方程，建立了煤层瓦斯扩散-渗流的模型，得到了计算钻孔内各区段沿程阻力损失的公式。采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件针对影响抽采钻孔内负压衰减的因素进行了数值模拟，结果表明：初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数、煤层厚度、钻孔间距与钻孔内的负压损失呈正相关；

初始瓦斯压力、初始渗透率、初始扩散系数越大，孔口负压降低速度越快；随着煤层厚度、钻孔间距的增加，孔口负压降低的速度放缓；随着钻孔直径的增加，钻孔内的负压损失呈现出减小的趋势，且孔口负压随时间的降低速度也随钻孔直径的增加减慢。研究结果对于提高瓦斯抽采率以及煤矿安全生产具有一定的指导意义。

关键词负压衰减；扩散-渗流；数值模拟；物性参数

关于煤吸附特性的研究与讨论

煤的主要特征之一是具有天然的裂隙率与孔隙率，其会对煤的储存性能与吸附容积造成较大影响。通过实验表明：煤表面内的瓦斯气体吸附是属于物理吸附，实质是瓦斯气体分子与煤表面分子之间相互吸引的结果。本文首先分析了煤吸附瓦斯的过程，其次，深入探讨了煤吸附能力的影响因素，具有一定的参考价值。

标签：煤；吸附特性；表面分子

1 前言

煤是一种典型的双重孔隙介质，兼有大孔系统与微孔系统特征。大孔系统由天然裂隙网络组成，而微孔主要存在于煤基质部分。煤炭通常包括端割理、面割理两大类的割理，或近似正交，或正交而垂直于煤层面。煤的比表面积极大，主要原因在于：煤的微孔隙较为发育。煤的主要特征之一是具有天然的裂隙率与孔隙率，其会对煤的储存性能与吸附容积造成较大影响。通过实验表明：煤表面内的瓦斯气体吸附是属于物理吸附，实质是瓦斯气体分子与煤表面分子之间相互吸引的结果。煤分子的吸引力通常由2个方面组成：一部分是煤空间处于非饱和状态；另外一方面，煤分子结构呈饱和状态，二者均会导致吸附力场出现在煤表面。随着压力、温度等因素的变化，处于运动状态的气体分子会逐步将引力场克服掉而变为游离相。本文就煤吸附特性进行研究与讨论。

2 煤吸附瓦斯的过程

将瓦斯气注入到煤体中，实质上即为“渗流-扩散”过程；瓦斯气体分子由于不能在短时间内与全部的裂隙表面、孔隙表面进行接触，所以就会有瓦斯浓度梯度、瓦斯压力梯度出现在煤体中。在浓度梯度的作用下，瓦斯气体分子扩散的模式在微孔系统、小孔系统中占据较大的优势；在压力梯度的作用下，瓦斯气体分子渗流的模式在孔隙系统、裂隙系统中占有较大的优势。当瓦斯气体以系“渗流-扩散”的方式运移到煤体深部时，通常会与接触到的裂隙表面、煤体孔隙出现脱附、吸附反应，简而言之，就是“吸附-脱附”、“渗流-扩散”。吸附瓦斯的过程主要包括7个环节：①渗流过程：煤吸附瓦斯的第一步即为渗流过程；瓦斯气体分子在瓦斯压力梯度的作用下会渗流到大孔系统中，进而还会有大量的瓦斯气体气膜出现在煤基质外表面；②外扩散过程：瓦斯气体分子会穿过气膜，向煤基质表面扩散；③内扩散過程：一旦煤基质微孔穴中有瓦斯气体分子进入，那么在很短的时间就会在煤基质内表面进行扩散；④吸附过程：瓦斯气体分子在通过了外扩散过程与内扩散过程之后就会迅速抵达煤基质内表面；⑤脱附过程：会有相当数量的瓦斯气体分子被脱附而离开煤基质的外表面与内孔表面，最终进入到瓦斯气膜层；⑥反扩散过程：进入瓦斯气体气膜内扩散到煤基质外表面，进入瓦斯气体气相主体的过程；⑦煤基质外表面反扩散过程：经脱附过程进入煤基质外表面瓦斯气体气膜扩散到瓦斯气体气相主体中的过程。

煤层瓦斯基础参数测定技术汇编

1. 引言

煤层瓦斯是煤矿安全生产中的重要因素之一，了解煤层的瓦斯生成、迁移和聚集规律对矿井安全管理至关重要。煤层瓦斯的基础参数测定

技术是研究和掌握煤层瓦斯特性的重要手段，本文将对煤层瓦斯基础

参数测定技术进行汇编和总结。

2. 煤层瓦斯基础参数

煤层瓦斯基础参数是指煤层中瓦斯的各项物理参数。了解和测定这

些参数对于制定煤层瓦斯防治措施和瓦斯抽放设计具有重要意义。常

见的煤层瓦斯基础参数包括煤层瓦斯含量、煤层孔隙度、煤层渗透系数、煤层瓦斯吸附解吸规律等。

3. 煤层瓦斯含量测定技术

煤层瓦斯含量是指煤层中瓦斯在煤体中的体积分数。准确测定煤层

瓦斯含量对于评估煤层瓦斯的危险性和瓦斯抽放方案设计至关重要。

煤层瓦斯含量测定技术主要包括直接测定法、间接推算法和预测模型

法等。

3.1 直接测定法

直接测定法是通过现场采集煤层样品进行实验测定瓦斯含量的方法。常用的直接测定法包括瓦斯解放法、水解法和气解法等。

3.2 间接推算法

间接推算法是通过测定煤层中其他参数，如煤的挥发分、固定碳含量、煤层孔隙度等，间接推算出瓦斯含量的方法。常见的间接推算法

有分类推断法、统计推断法和模型法等。

3.3 预测模型法

预测模型法是利用历史数据和数学模型建立预测模型来预测煤层瓦斯含量的方法。常用的预测模型包括人工神经网络模型、回归分析模型和支持向量机模型等。

4. 煤层孔隙度测定技术

煤层孔隙度是指煤层中孔隙的体积占总体积的比例。准确测定煤层孔隙度对于评估煤层的储气能力和瓦斯迁移规律具有重要意义。煤层孔隙度测定技术主要包括液体置换法、气体压曲线法和氮吸附法等。

煤的孔隙分布特征研究理论与方法综述

第52卷第3期202丨年3月

Safety in Coal Mines

Vol.52 No.3Mar. 202!

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分析.探讨

DOI : 10.13347/j .cnki .mkaq . 2021.03.035 陈煜朋，姜文忠，秦玉金，等.煤的孔隙分布特征研究理论与方法综述[J ].煤矿安全，2021，

52(3)：190-196.

CHEN Yupeng. JIANG Wenzhong, (^)IN Yujin, et al. R<*view on research theory and methods of pore distri

bution characteristics of coal[j j. Safety in Coal Mines. 2021. 52(3): 190-196.

煤的孔隙分布特征研究理论与方法综述

陈煜朋丨，2,3,姜文忠'，2，\秦玉金苏伟伟2,3

(1.煤炭科学研究总院，北京丨〇〇〇丨3;2.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁抚顺丨13122;

3.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁抚顺113122)

摘要：煤的孔隙分布特征不仅直接影响着煤层中瓦斯的赋存与运移能力，还直接影响着煤氧之间物理吸附与化学反应的发展进程。因此，深入研究煤的孔隙分布特征有利于对煤储层进行合理的分类评价，进而研究分析煤层瓦斯储存运移规律及煤低温氧化反应机制，提高瓦斯含量预测准确度及瓦斯抽采效率，细微描述煤自然发火过程通过调研大量的相关文献，系统总结了目前煤的孔隙分布特征研究理论和方法，并对各种研究理论和方法进行对比分析，指出了各自的优势及不足，提出了下一步可从微孔隙的准确测量以及全尺度合理表征、煤孔隙的微观效应研究、建立精确的煤介质模型3个方向开展研究。

混合气体驱替煤层气技术的机理及试验研究

一、综述

煤层气，也称为瓦斯，是一种存在于煤层中的可燃气体。它不仅安全，而且具有巨大的能源潜力。煤层气的开发一直面临着许多挑战，包括储层评价、开采技术以及提高开采效率等问题。

混合气体驱替技术在煤层气开发中受到了广泛关注。这种技术结合了多种气体的优点，旨在提高煤层气的采收率和产量。本文将探讨混合气体驱替技术的机理，并通过实验研究验证其效果。

这一技术的研究始于20世纪50年代，但直到近年来，随着计算机模拟和实验室研究的深入，才逐渐形成了完整的理论体系和实践方法。混合气体驱替技术主要包括两种类型：一种是混气驱替，另一种是天然气和二氧化碳的联合驱替。

混气驱替是利用其他气体的不稳定来驱动煤层气。这种方法通常需要较高的注入压力，以维持气体的流动状态。这种方法存在一定的安全隐患，且对气体的组成和压力要求较高。

天然气和二氧化碳的联合驱替则是利用天然气的稳定性和二氧

化碳的膨胀能力来驱动煤层气。这种方法可以在较低的压力下进行，且对环境友好。其驱替效率和最终采收率受到天然气和二氧化碳的源

岩和储层的匹配关系、注入工艺等因素的影响。

混合气体驱替技术已经在全球范围内得到了广泛应用。在委内瑞拉、澳大利亚、美国等国家，该技术已经取得了显著的成果。尽管取得了这些成就，但仍有许多问题和挑战需要进一步研究和解决。

在未来的研究中，将对混合气体驱替技术的机理进行更加深入的探讨，以期获得更高的驱替效率和更广泛的适用性。还将注重环保和节能方面的研究，以实现煤层气开发的经济和环境效益双赢。

煤层气作为一种具有巨大能源潜力的气体，在全球能源结构中占据着越来越重要的地位。混合气体驱替作为煤层气开发的一种重要技术手段，将在未来的研究和实践中发挥越来越重要的作用。

我国煤与瓦斯共采理论、技术与工程

一、本文概述

本文旨在全面探讨和分析我国煤与瓦斯共采的理论、技术与工程实践。煤与瓦斯共采作为一种重要的煤炭开采方式，对于提高煤炭资源利用效率、保障能源安全以及推动煤炭行业可持续发展具有重要意义。本文将从多个方面对我国煤与瓦斯共采的理论体系、技术方法和工程应用进行深入探讨，以期为我国煤炭工业的持续发展提供理论支持和实践指导。

本文将对煤与瓦斯共采的基本理论进行阐述，包括煤与瓦斯共采的基本概念、原理及其在国内外的发展历程。通过对这些基础理论的研究，有助于我们更好地理解煤与瓦斯共采的本质和内在规律，为后续的技术研发和工程实践提供坚实的理论基础。

本文将重点介绍煤与瓦斯共采的关键技术。这包括瓦斯抽采技术、煤炭开采技术、瓦斯利用技术等。通过对这些技术的深入分析和研究，我们可以了解到各种技术的优缺点和适用范围，为我国煤与瓦斯共采的实践提供技术支持。

本文将结合具体的工程案例，对煤与瓦斯共采的工程实践进行详细分析。这些案例既包括成功的经验，也包括失败的教训。通过对这些案例的研究，我们可以总结出煤与瓦斯共采的最佳实践模式和经验

教训，为我国煤炭工业的未来发展提供借鉴和参考。

本文将从理论、技术和工程实践三个方面全面探讨我国煤与瓦斯共采的理论、技术与工程。希望通过本文的研究和分析，能够为推动我国煤炭工业的持续发展提供有益的启示和建议。

二、煤与瓦斯共采理论基础

煤与瓦斯共采技术是在深入理解煤层瓦斯赋存规律、煤岩力学特性及瓦斯运移规律的基础上，结合现代采矿技术而发展起来的一种新型开采模式。其核心理论主要包括煤与瓦斯共生的地质条件、煤岩瓦斯相互作用机制以及瓦斯抽采与煤炭开采的协同优化。

瓦斯的解析和吸附心得

炼体中注入瓦斯的过程也是一个漆流—扩散过程。瓦斯气体分子不能立即同时与所有的孔隙.裂嫖衣自接触，在煤体中形成了瓦斯压方悦度和浓!度梯!度。由瓦斯压力梯度引起漆流,这种过程在大的教隙.孔隙系统(面判理和竭剖理)内占优势:瓦斯气体分子在其浓度梯度的作用下由高浓度间低浓庞书散,这种过程在小孔与微孔系统内占优势．瓦斯气体在向煤体深部进行治流—打故运移的同时，与接劬!到的煤体孔隙.裂隙表面发生吸附和脱附,因此,就整个过程来说,是恣流—打散.吸附—脱附的综合过程。

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煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究

张　力1,邢平伟2

(1.中国矿业大学,江苏徐州221008;2.太原理工大学,山西太原030024)

[摘　要]　简要介绍了煤吸附瓦斯气体的本质,影响煤吸附量的主要因素以及煤吸附瓦斯气体的过程;分析了煤体瓦斯解吸扩散的主要形式和影响煤体瓦

斯扩散速度的主要因素。

[关键词]　煤;瓦斯;吸附;解吸;扩散

[中图分类号]T D712 [文献标识码]A　[文章编号]1003-6083(2000)04-0018-03

0　引　言

固体物质都具有或大或小的把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己表面的能力,这一性能被称为物质的吸附性能。煤是一种复杂的多孔介质,是天然吸附剂[1],其中直径在10-6cm以下的微孔,由于其内表面积占表面积的97.3%,可以高达200m2/g,具有很大的比表面积,从而决定了煤的吸附容积。甲烷以两种形式(承压游离状态和吸附状态)存在于煤层和共生岩层的孔隙裂隙中,对不同状态甲烷相对含量的实验研究表明煤中全部甲烷含量的90%～95%以吸附状态存在。研究煤与瓦斯的吸附和解吸规律,对于煤与瓦斯的突出预测,煤层瓦斯流动机理,煤的瓦斯含量预测及计算采落煤瓦斯涌出,煤层气开发和利用都有现实意义。

1　煤的吸附特性

1.1　煤吸附瓦斯的本质

研究表明煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下乃是物理吸附,其吸附热一般小于20k J/m ol。煤表面的原子(它们的价力尚未达到完全饱和程度)在其表面产生一种力场。在这种力场的影响下,周围的瓦斯分子比无力场存在时更易凝结。瓦斯的凝结能力决定着它的被吸附能力,煤分子对瓦斯气体分子的吸引力越大,煤对瓦斯气体的吸附量越大。煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力由德拜(Debye)诱导力和伦敦色散力(London dispersion force)组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度Ea(也称势垒)。自由气体分子必须损失部分所具有的能量才能停留在煤的孔隙表面,因此吸附是放热的;处于吸附状态的瓦斯气体分子只有获得能量Ea才能越出吸附势阱成为自由气体分子,因此脱附是吸热的[2]。瓦斯气体分子的热运动越剧烈,其动能越高,吸附瓦斯分子获得能量发生脱附可能性越大。当瓦斯压力增大时,瓦斯气体分子撞击煤体孔隙表面的机率增加,吸附速度加快,瓦斯气体分子在煤孔隙表面上排列的稠密度增加。吸附量与瓦斯压力的关系(吸附等温线),一般可用朗格缪尔方程式计算。

1.2　瓦斯吸附影响因素

(1)温度的变化会引起瓦斯气体分子热运动剧烈程度的变化。温度升高时,瓦斯气体分子的热运动加剧,因而其扩散能力增加,瓦斯气体分子在煤孔隙表面停留时间缩短,因而吸附能力下降。温度降低时情况相反。吸附气体不同,其吸附能力不同。

(2)研究表明煤体对于二氧化碳(C O2)、甲烷(CH4)和氮气(N2)来说,其吸附能力C O2 >CH4>N2。

(3)外载荷对吸附的影响与煤体孔隙率变化有关。压力升高时,煤体孔隙、裂隙逐渐闭合。一方面孔隙率降低,煤体孔隙表面积减小,因面吸附量减小;另一方面瓦斯通道缩

江　苏　煤　炭 2000年第4期　

收稿日期:2000-08-19

小,渗透率降低,吸附量减小。

(4)煤体中水分增加会使瓦斯吸附量减小。在极性水分子和表面氧化物作用下,水分子以固定方式被吸附于煤体孔隙内表面,减少了瓦斯气体的吸附空位,从而使瓦斯吸附量减少。水分子在煤体孔隙表面形成吸附水膜,使瓦斯气体渗透通道面积减少,因而使得瓦斯气体在煤体中渗透率降低。

(5)煤的变质程度是决定煤的瓦斯吸附的重要因素,煤的瓦斯吸附量随变质程度的增高而增大,随着煤变质程度增高和挥发分减少,煤的微孔容积增大。

1.3　煤吸附瓦斯的过程

煤体中注入瓦斯的过程也是一个渗透—扩散过程[3]。瓦斯气体分子不能立即同时与所有的孔隙、裂隙表面接触,在煤体中形成了瓦斯浓度梯度和压力梯度。由瓦斯压力梯度引起渗透,其基本遵循达西定理,这种过程在大的裂隙、孔隙系统内占优势;瓦斯气体分子在其浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度运移,符合菲克(Fick)扩散定律,这种过程在小孔与微孔系统内占优势。瓦斯气体在向煤体深部进行渗透—扩散运移的同时,与接触到的煤体孔隙、裂隙表面发生吸附和脱附。因此,就整个过程来说,是渗透—扩散、吸附—脱附的综合过程。

2　煤的解吸特性

2.1　吸附瓦斯解吸的条件

煤中的吸附瓦斯,经过漫长的地质年代,已与孔隙内处于压缩状态的瓦斯形成了稳定的平衡状态。瓦斯吸附速度等于瓦斯解吸速度。掘进井下巷道或进行钻孔会使原来的应力平衡受到破坏。在工作面或钻孔周围形成应力集中,使煤的围岩产生细微裂隙和变弱,导致煤层渗透性发生变化,这样就会促使瓦斯流动。瓦斯流动的结果使煤层孔隙内的瓦斯压力下降。随着瓦斯压力下降,煤对瓦斯吸附力减小,破坏了吸附平衡状态,这样瓦斯分子便可挣脱孔隙内表面的吸附力,瓦斯解吸过程就是这样发生的。越来越多的瓦斯就这样由吸附态变为游离气态,自由膨胀,穿过裂隙,涌入采煤工作面或气井。

2.2　瓦斯扩散的形式及影响因素

当煤体和瓦斯气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,煤粒中瓦斯很快解吸,这个过程由两个阶段构成,第一阶段是瓦斯的解吸附作用,第二阶段是瓦斯从煤粒微孔向采掘空间扩散的过程,瓦斯气体扩散速率主要由第二阶段决定。扩散系数越大,扩散速率越高。煤体瓦斯扩散机理主要由孔隙形状大小和瓦斯气体状态决定。瓦斯扩散分为:Fick扩散、K ounds on扩散和表面扩散。当煤体中孔隙尺寸大于瓦斯气体分子平均自由程时,瓦斯扩散属于菲克扩散,否则是K ounds on扩散。由于煤体是很好的吸附剂,表面扩散也占着重要地位。

Fick扩散和K ounds on扩散的扩散系数都受温度的影响,温度越高扩散越快。表面扩散受两个因素影响:温度和表面的吸附势阱深度。温度越高和表面的吸附势阱深度越低扩散越快。

2.3　瓦斯解吸速度的计算

对球形煤屑瓦斯放散来说[4],在煤屑暴露瞬间只是煤屑外面的瓦斯开始涌出,随时间增长,煤屑深部的瓦斯开始流动,瓦斯流动界面逐渐缩小,瓦斯流动的通道长度增加,运动阻力增大。当瓦斯流动的长度达到煤屑半径后,随着时间继续延长煤屑中心的瓦斯压力相应降低,因此,瓦斯从煤屑中放散的速度随时间延长而降低。描述这一衰变过程经验方程通常采用艾黎式(E.M.Airey)。

艾黎根据对破碎煤的实测结果认为累计瓦斯解吸量可按下式确定。

Q t=Q∞1-exp{-[

]n}(1)式中　Q t—到时间t为止累计瓦斯解吸量,

m3/g;

2000年第4期张　力等　煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究