煤体低温致裂温变过程瓦斯吸附/解吸特性研究

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煤体低温致裂促抽技术广泛应用在矿井瓦斯治理及煤层气开采中,但在低温致裂过程势必会打破含瓦斯煤原有的吸附/解吸动态平衡状态。本文应用改进的吸附/解吸装置,以西山煤电官地矿8#煤层为研究对象,研究了低温环境(-45℃~30℃)及压力(1MPa~3MPa)共同作用下煤体对瓦斯的吸附/解吸量、吸附/解吸速率、吸附常数a、b值,以及吸附/解吸过程中温度、能量变化规律,主要得出以下结论:(1)低温环境有效促进了煤体对甲烷的吸附,而环境温度对解吸影响不显著;环境温度一定时,吸附量和解吸量与气体压力呈正相关;气体压力一定时,环境温度与吸附量呈负相关,而与其解吸量相关性小。(2)气体压力一定时,随着环境温度的降低,煤样对甲烷的吸附速率增快,而对其解吸速率影响不显著;环境温度一定时,随着气体压力的增大,煤体对甲烷的吸附/解吸速率均呈增大的变化趋势;煤体吸附/解吸瓦斯过程中,吸附/解吸量变化速率整体呈衰减趋势,在初期阶段吸附/解吸量变化速率陡峭,后期变化逐渐平缓,表明随着吸附/解吸的持续进行,其吸附/解吸量变化速率变慢。(3)随着环境温度的不断降低,其吸附参数a、b值均表现为增大的变化趋势;其中饱和吸附量a值随温度增大呈负指数规律变化,极限吸附压力b值随温度增大呈负指数规律变化。(4)环境温度一定时,随着气体压力的不断增大,其吸附/解吸过程温度变化最大值(35)Tmax也在增大,其变化趋势近似呈一次线性关系;气体压力一定时,随着环境温度的不断降低,吸附过程中(35)Tmax呈增大的变化趋势,而解吸过程(35)Tmax的变化趋势不显著。(5)对吸附过程中煤体表面自由能计算公式进行了推导,并对自由能及热量变化进行了分析,得出:1)处于同一温度值下的煤样随着平衡压力的增大,其吸附过程中单位质量煤样的自由能及热量也随之逐渐增大,且变化趋势近似呈一次线性关系;2)处于同一平衡压力下的煤样随着温度值的不断降低,其吸附过程中单位质量煤样的自由能及热量也随之增大;在吸附过程中存在自由能转化为热量的物理现象;3)处于同一温度值下的煤样随着平衡压力的增大,其解吸过程中单位质量煤样的热量也随之逐渐增大;4)处于同一平衡压力下的煤样,环境温度与解吸过程热量变化的相关性小。
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