构造煤微观结构与瓦斯吸附关系研究

发布时间：2020-09-10 11:41

　　 构造煤的结构决定了其具有强度低,渗透性差,比表面积大,吸附能力高,解吸速度快等性质,造成构造煤易于发生煤与瓦斯突出等灾害,因此研究构造煤微观结构与瓦斯吸附的关系具有重要意义。本文选用了3种不同变质程度的构造煤,运用索氏萃取法以吡啶为溶剂进行了萃取,获得了不同变质程度构造煤的萃取物及萃余物,分析了变质程度与萃取率的关系,借助傅里叶红外光谱变换实验、气相色谱-质谱联用实验分析了不同变质程度构造煤的表面官能团结构特征及萃取物族组成成分,通过低压CO_2吸附实验分析了构造煤及萃余物的微孔结构特征,进行甲烷等温吸附实验,探讨了构造煤及其萃余物的瓦斯吸附特性及其影响因素。主要得到以下结论:(1)构造煤的吡啶萃取率存在明显差异。不同变质程度构造煤的萃取率E_(daf)大小顺序为:肥煤气煤无烟煤。煤中低分子化合物的存在制约着煤的瓦斯吸附能力,构造煤的吡啶萃取率越大,其甲烷吸附能力越弱,反之则越强。经萃取后煤中游离的低分子物质被去除,其吸附能力发生改变,而不同变质程度构造煤改变效果不同;不同溶剂溶解出的低分子化合物在物质种类、数量与性质上存在的差异使萃余物的瓦斯吸附能力变化不同。(2)构造煤吡啶萃取物族组成受煤变质程度控制。构造煤中饱和烃类物质主要可以分为环烷烃、异构烷烃和正构烷烃三类物质。从气煤到无烟煤,构造煤中正构烷烃与环烷烃的相对含量均表现为随煤化程度加深,先升高后降低的趋势;而异构烷烃则先减少后升高。构造煤芳香烃物质组成与变质程度密切相关,煤级越低组成成分越丰富,气煤、肥煤中组成成分相差不大,均含有丰富的稠环化合物及醛、酮和酯类物质,而无烟煤中检出的芳香烃物质组成简单。(3)构造煤中官能团结构对瓦斯吸附具有重要影响。煤的基本官能团种类相同,吡啶的萃取作用并不改变煤的主要结构。煤中脂肪烃及含氧官能团红外光谱吸光度强度受煤级控制,煤级越高,吸光度强度越弱,构造煤中脂肪族组分与含氧官能团随煤的变质程度的加深而减少。官能团结构影响着瓦斯吸附,构造煤的甲烷极限吸附量a随煤中含-CH_x官能团与含氧官能团的比例S的增大而减小。(4)有机溶剂萃取可以改变煤的微孔结构。构造煤的微孔孔容及比表面积与变质程度呈规律性变化,表现为随煤的变质程度的增加,其微孔孔容及比表面积均增大;而其相应的吡啶萃余物的微孔孔容及比表面积则随变质程度加深而减小。吡啶萃取作用对不同变质程度的构造煤微孔孔容及比表面的改变不同,煤样经过有机溶剂的萃取可以起到扩孔、增孔、疏孔的作用,在气煤、肥煤中主要表现为增孔、疏孔,在无烟煤中主要表现为扩孔。(5)构造煤的瓦斯吸附能力受孔隙结构与分子结构的共同控制。煤中孔隙结构为甲烷分子在煤中的吸附与运移提供了空间与通道,煤的瓦斯吸附主要发生在微孔,当微孔较发育时其甲烷吸附空间就多,低分子化合物的存在又会影响甲烷分子的吸附位,从而增强或减弱微孔吸附效果。瓦斯吸附主要以微孔吸附为主,煤中低分子化合物也影响其吸附能力。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712
【部分图文】：

Soxtherm和Multistat的正面图

H-Sorb2600T型高低温高低压吸附解吸扩散仪Fig.3-1H-SorbModel2600THigh/Lowtemperatureadsorptionanddesorptiondiffuser

【参考文献】

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本文编号：2815777