弱吸附性氮氣對煤中甲烷的置換效應.pdf

1、本文從煤礦井下注N2促抽/促排煤層瓦斯的試驗效果以及煤礦井下安全生產的角度出發(fā)，采用高壓容量法，在實驗室對陽泉15號煤層的顆粒煤樣進行等壓擴散和高壓注氣兩種條件下弱吸附性N2置換煤中CH4實驗，研究了兩種實驗條件下N2置換煤中CH4規(guī)律，并對其作用機理進行分析。
　　陽泉15號煤對CH4、N2單組分氣體的吸附-解吸實驗表明，煤吸附CH4能力強于吸附N2。通過對等壓擴散和高壓注氣兩種實驗條件下N2對CH4的置換解吸規(guī)律可以看出，高壓

2、注氣條件下CH4置換量很小，且隨煤對CH4的吸附平衡壓力升高呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律，CH4的吸附平衡壓力為0.84MPa時置換量達到最大值0.56cm3/g，同一甲烷吸附平衡壓力下，置換量隨著氮氣注氣壓力的升高而增大，且增加量逐漸減小；等壓擴散條件下CH4置換量隨煤對CH4的吸附平衡壓力的升高而增大；相同CH4吸附平衡壓力下，等壓擴散條件下CH4置換量始終大于高壓注氣條件下CH4置換量。對置換氣體N2的吸附量而言，兩種實驗條件下均表現(xiàn)為隨C

3、H4平衡壓力的升高先升后降，且相同CH4吸附平衡壓力下，高壓注氣條件下N2吸附量始終大于等壓擴散條件下N2吸附量。
　　分析兩種實驗條件下的置換作用機理，得出高壓注氣條件下，N2對煤中CH4的置換機理是高壓氮氣的注入增加了煤中總壓力而引起的甲烷解吸；等壓擴散條件下，N2對煤中CH4的置換主要是氣體的擴散作用和由氣體擴散作用引起的甲烷分壓降低以及由氣體擴散引起的氮氣分壓升高共同作用。因而，等壓擴散條件下N2的置換量高于高壓注氣條件下