焦煤瓦斯吸附解吸塊度效應(yīng)及其電化學(xué)作用效果研究.pdf_第1頁(yè)
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1、目前國(guó)內(nèi)關(guān)于煤樣塊度對(duì)煤樣瓦斯吸附解吸影響的試驗(yàn)中,試驗(yàn)采用的煤樣一般為60目以下的煤粉。研究結(jié)果表明煤的吸附能力與塊度無(wú)關(guān),煤對(duì)瓦斯解吸量,在相同的時(shí)間內(nèi),煤樣的塊度越小,解吸初速度越大,解吸量越大。當(dāng)煤樣塊度大于6mm時(shí),煤樣塊度對(duì)煤樣瓦斯吸附解吸的影響研究較少。目前改變煤孔隙結(jié)構(gòu)的方法主要有對(duì)煤樣加熱,用不同的化學(xué)試劑處理煤樣等,本文采用電化學(xué)作用煤樣的方法改變煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)。目前促進(jìn)瓦斯解吸的主要技術(shù)有卸壓法和外加物理場(chǎng)。卸壓法

2、利用卸壓產(chǎn)生煤體變形和解除應(yīng)力屏障以達(dá)到促進(jìn)解吸的目的,但由于煤對(duì)瓦斯的吸附性很強(qiáng),使無(wú)應(yīng)力的狀態(tài)下煤樣中的瓦斯仍然難以解吸。因此,僅通過卸壓使煤層瓦斯解吸取得的效果是有限的。外加物理場(chǎng)如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等在一定程度上能促進(jìn)瓦斯解吸,為解決瓦斯難以解吸的問題提供了新的思路。本文鑒于吸附在煤表面上的瓦斯難以充分解吸是當(dāng)前瓦斯抽放/煤層氣抽采面臨的核心問題,在前人研究基礎(chǔ)上提出一種非力學(xué)方法促進(jìn)焦煤瓦斯解吸特性的思路,即采用電化學(xué)

3、作用強(qiáng)化焦煤瓦斯解吸特性。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴采用容量法對(duì)6種不同塊度(0.8~1mm、8~10mm、20~25mm、40~45mm、70~75mm和135~140mm)的焦煤進(jìn)行吸附解吸試驗(yàn),得出等溫吸附曲線和等溫解吸曲線,分析塊度對(duì)焦煤吸附解吸的影響。得出以下結(jié)論:塊度變化影響煤樣對(duì)瓦斯的吸附主要體現(xiàn)在達(dá)到吸附平衡的時(shí)間上,在試驗(yàn)溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下,塊度越小,達(dá)到吸附平衡的時(shí)間越少,反之,塊度越大

4、,時(shí)間越多;塊度變化對(duì)煤樣瓦斯吸附量幾乎沒有影響;塊度變化對(duì)煤樣瓦斯解吸初期速度的影響分兩種情況:當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時(shí),塊度變化對(duì)煤樣瓦斯解吸初期速度的影響很小;當(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時(shí),煤樣塊度越小,瓦斯解吸初期速度越快;塊度變化對(duì)煤樣瓦斯解吸量的影響主要體現(xiàn)在達(dá)到解吸平衡的時(shí)間上,在試驗(yàn)溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下,不同塊度的煤樣的最終解吸量是相同的,達(dá)到解吸平衡的時(shí)間不同,當(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時(shí),塊度越小,煤樣瓦

5、斯解吸達(dá)到解吸平衡的時(shí)間越短,當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時(shí),不同塊度煤樣瓦斯解吸達(dá)到解吸平衡的時(shí)間基本相同。⑵采用壓汞法、注氮法測(cè)試改性前后煤樣,研究其孔隙率、平均孔徑、孔容、比表面積變化規(guī)律,得出以下結(jié)論:煤對(duì)瓦斯的吸附能力主要取決于煤中微孔和小孔的比表面積。電化學(xué)作用后煤樣的微孔和小孔的連通性增強(qiáng),數(shù)量和比表面積減少,因此,電化學(xué)作用后煤對(duì)瓦斯的吸附能力降低;電化學(xué)作用后煤樣的中孔和大孔的數(shù)量增加,孔隙率增大,有利于煤中瓦斯的解吸。3)

6、電化學(xué)作用過程中,陽(yáng)極生成H+,形成酸性環(huán)境,陰極生成OH-,形成堿性環(huán)境,同時(shí)伴隨有電滲和電泳作用,把煤中的部分無(wú)機(jī)礦物溶解或移除,從而改變煤中的孔隙結(jié)構(gòu);通過電化學(xué)作用強(qiáng)化焦煤解吸特性的試驗(yàn),研究五種電解液濃度、五種電位梯度下電化學(xué)作用對(duì)焦煤解吸特性的強(qiáng)化規(guī)律,得出以下結(jié)論:電化學(xué)強(qiáng)化焦煤瓦斯解吸過程中,陽(yáng)極端發(fā)生氧化反應(yīng),生成O2,CH4和CO2,其中O2最多,CH4和CO2都是少量;陰極端發(fā)生還原反應(yīng),生成H2,但是陰極端收集到

7、的氣體還有CH4,這是因?yàn)殡娀瘜W(xué)作用過程中發(fā)生了電滲作用,把煤中瓦斯帶出;不同電解液濃度條件下,電化學(xué)強(qiáng)化瓦斯解吸試驗(yàn)中,陽(yáng)極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同,最終的氣體收集量相同,電解液濃度越大,達(dá)到最終氣體收集量的時(shí)間越短。;不同電位梯度條件下,電化學(xué)強(qiáng)化瓦斯解吸試驗(yàn)中,陽(yáng)極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同,氣體收集量逐步增加,最終達(dá)到一個(gè)固定值,最終的氣體收集量相同,電位梯度越大,達(dá)到最終氣體收集量的時(shí)間越短。4)電化學(xué)改性強(qiáng)化煤

8、瓦斯解吸的機(jī)理有兩個(gè)方面:一方面是電解和電滲作用從兩個(gè)方面使煤樣發(fā)生了“擴(kuò)孔效應(yīng)”導(dǎo)致孔徑、孔容、孔隙率由小變大、比表面積由大變小。一般情況下,孔徑、孔容、孔隙率越大,瓦斯在煤體中運(yùn)移相對(duì)較容易;比表面積越小,其煤體對(duì)氣體的吸附能力越弱,從而使氣體分子從煤體中易于解吸。另一方面是電化學(xué)作用改變了煤樣表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量,使煤樣表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量減少,使其產(chǎn)生的總的相互作用能Ep變小,即吸附勢(shì)變小。從宏觀上表現(xiàn)為煤吸附瓦斯的能力減弱,煤

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