【佳文推送】煤层气解吸过程中气体扩散动力学和孔隙结构特征实验研究
山东科技大学徐浩教授团队近期于Gas Science and Engineering期刊发表论文
《Experimental investigation of gas diffusion kinetics and pore-structure characteristics during coalbed methane desorption within a coal seam》
摘 要
甲烷解吸扩散特性不仅是研究煤矿瓦斯突出危险性的理论基础，而且对煤层气采收率的影响也不容忽视。本文首先采用扫描电子显微镜和低温氮气吸附测量方法，对五种不同变质程度煤的孔隙结构进行了定性和定量表征，用四个初始气体解吸压力标度进行等温甲烷吸附/解吸实验。随后，确定了八个经验公式（EC）与测量的甲烷解吸实验数据之间的匹配度，并结合FGDG（自由气体密度梯度）扩散模型对甲烷扩散系数（Dfg）进行了数值计算。重要的是，我们评估并讨论了孔隙结构参数、初始气体解吸压力和挥发性组分对Dfg的敏感性。结果表明，不同煤种的孔隙密度分布不同，高阶煤的孔隙结构特别是微孔比中低阶煤发育的更好。瓦斯气体放散初速度随煤阶的增加而增加，随粒径的增加而呈指数负下降。在八个EC中，EC-VIII可以更准确地描述整个时间尺度上的气体解吸过程，其与实测数据的相关系数大于0.9900。Dfg总体上随着孔体积和比表面积的增加而增加，并且与平均孔径呈负相关。此外，随着挥发分的增加，Dfg呈现出不对称的U形模式，这主要与煤变质过程中中孔和微孔的主导作用之间的转换有关。在较低的挥发性分下，扩散系数对微孔更敏感，而在较高的挥发性分下，中孔对扩散系数的贡献更大。
代表性图片
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图1 煤样孔隙结构参数分布特征 (a)和(b) 孔隙体积；(c)和(d) 比表面积
图2 经验公式的拟合效果对比
图3 不同压力尺度下扩散系数的相对误差统计
关键词: 煤层气；吸附解吸；孔隙结构性质；经验公式；扩散系数
通讯作者简介
秦跃平，男，博士，中国矿业大学（北京）教授，博士生导师。国家安全生产监督管理总局煤矿安全技术会诊专家、中国煤炭工业安全科学技术学会矿井降温专业委员会副主任委员、北京应急管理学会理事。主要从事矿井火灾及瓦斯灾害防治、通风与空调工程等方面的研究工作，主持国家自然科学基金项目6项、国家重点研发计划1项、教育部重点项目1项，横向科研项目20余项；参与国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家科技攻关项目、973项目等10余项重大项目。发表论文200篇，其中被SCI/EI收录120余篇，合作出版教材和专著9本，授权国家发明专利30余项，软件著作权10余项。获国家级教学成果二等奖、教育部自然科学二等奖、教育部技术发明二等奖等国家/省部级奖20余项，2001年获中国科学技术发展基金会孙越崎能源科学技术青年科技奖。
邮箱：qyp@cumtb.edu.cn
徐浩，男，博士，山东科技大学学术教授。ISRM Sorptive Rocks专委会副秘书长，《Fire》国际期刊客座编辑，《矿业科学学报》编委，《深地科学（英文）》、《安全与可持续（英文）》期刊青年编委。主要从事矿井瓦斯灾害防治及煤层气开采方面的研究工作，主持山东科技大学“菁英计划”A类人才项目及中央高校基本科研业务费项目各1项，在《Fuel》《GSE》《岩土力学》等权威期刊发表SCI及EI论文30余篇，授权中国/美国发明专利10余项，合作出版专著1本，获省部级一等奖和二等奖各1项，获中国职业健康协会全国安全科学与工程学科优秀博士论文奖。
邮箱：skdxh0904@sdust.edu.cn
来源：现代石油人
