煤层气开采中的热效应和变形效应研究
发布时间：2021-03-28 08:58
煤层气俗称“煤层瓦斯”,其主要成分是甲烷,是与煤炭伴生并且主要以吸附态赋存于煤层内的一种高效、洁净能源。与此同时,煤层瓦斯灾害也是危害煤矿安全生产的巨大隐患之一,并且煤层气还是一种对生态环境破坏性极强的温室气体。因此,煤层气的合理开发和利用在能源、安全、生态等相关领域中显得至关重要。在煤层气开采过程中,瓦斯要经历从煤体表面的解吸过程,以及在煤体的孔隙、裂隙中扩散和渗流过程。在瓦斯从煤体表面解吸过程中,瓦斯要吸收一部分热量（称为吸附热）,使得周围温度下降,解吸能力下降,从而阻碍瓦斯的解吸过程。在瓦斯经历解吸、扩散和渗流过程后,煤体本身要发生收缩变形,使得扩散和渗流的通道发生变化,从而影响瓦斯的扩散和渗流过程。在不破坏煤体结构的情况下,煤层气开采方法主要有通过降低压强的抽采方法和提高温度的注热开采方法。压强和温度是煤层气开采过程中的重要指标,研究压强和温度的变化规律可以有效地预测瓦斯解吸量。因此,研究煤体吸附（解吸）瓦斯的放热（吸热）效应和膨胀（收缩）效应对于煤层气开采具有重要意义。本文主要完成了以下研究工作:（1）系统地阐述了凝聚热、吸附热和变形产生的微观机理,揭示了凝聚现象和吸附现象的...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
凝聚和吸附现象示意图
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等于单位摩尔气体分子固有体积总和的四倍。分子间的碰撞大多数情况是两两相碰的，??三个和三个以上的分子相碰的情况极为少见的。两个直径为的分子相碰时，其中的??一个分子会由于分子本身的体积，存在一个“禁区”不能进入（如图２－３所示）。“禁区”??的体积为：??＾?ｎｄｍｏｈ?＝￣７ｔ?｛２ｒｍｏｌｅ?）?＝?８?Ｘ?＾?＾ｍｏｌｅ??也就是说，两个分子的“禁区”的体积是分子体积的８倍。对于一个分子来说，运动的??“禁区”等于分子体积的４倍。那么，对于ｌｍｏｌ的气体（％个气体分子），总的“禁??区”体积为：??Ａ?４?３?１６?Ａ?３??４ＮＡｘ－ｎｒｍｏｋ?＝?—?ｎＮＡｒｍｏｌｅ??那么，常数６为：??ｂ?＝?＾７ｉＮＡｄｍＪ?＝?ｌ－ｊｎＮＡｒｍＪ?（２－４）??ｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤体对瓦斯吸附热的理论研究[J]. 刘志祥,冯增朝. 煤炭学报. 2012(04)
[2]基于热力学方法的煤岩吸附变形模型[J]. 周军平,鲜学福,姜永东,谷达圣,王臣. 煤炭学报. 2011(03)
[3]分子模拟在气固吸附机理研究中的应用进展[J]. 陈俊杰,任建莉,钟英杰,罗誉娅. 轻工机械. 2010(06)
[4]煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的试验研究[J]. 刘延保,曹树刚,李勇,王军,郭平,徐健,白燕杰. 岩石力学与工程学报. 2010(12)
[5]煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法研究[J]. 方志明,李小春,白冰. 岩石力学与工程学报. 2009(09)
[6]温度对煤吸附性能的影响[J]. 张天军,许鸿杰,李树刚,任树鑫. 煤炭学报. 2009(06)
[7]煤阶对煤吸附能力影响的微观机理研究[J]. 降文萍. 中国煤层气. 2009(02)
[8]考虑基质收缩影响的煤层气流动模型及应用[J]. 张先敏,同登科. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(05)
[9]超临界条件下甲烷在纳米活性炭表面的吸附机理[J]. 郭亮,吴占松. 物理化学学报. 2008(05)
[10]煤微观结构与组分量质差异自燃理论[J]. 王继仁,邓存宝. 煤炭学报. 2007(12)
博士论文
[1]孔隙裂隙双重介质逾渗理论及应用研究[D]. 吕兆兴.太原理工大学 2008
本文编号：3105256
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
凝聚和吸附现象示意图
??另一个相的过渡区域（如图２＿２所示）。??？?？？？？？？？？？？？??？?？？？？？？？？？？??？?？？？？？？？？？?？？??？?？？？？？?？？？?？？??一对目本体??丨義??图２－２表界面示意图??Ｆｉｇ．２－２?Ｓｕｒｆａｃｅ?ａｎｄ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ｄｉａｇｒａｍ??表界面的分类（物质聚集态）：??固一气??麵｛液－气??匍一液??界面液一液??固一固??本体相是宏观的，其组成和结构相对是比较均匀和简单的。表界面相是亚微观的，??有着极其复杂的结构和组成。通常，表面和界面之间没有严格的区分。在两相复合形成??表界面的过程中，常常会出现热效应、表界面化学效应和表界面结晶效应。这些效应所??导致的表界面微观结构和性能特征的变化，对材料的宏观性将会产生直接的影响。因此，??表界面也称之为表界面相或表界面层。??煤体表面与液体一样，由于煤体表面上的分子的力场是不均衡的，所以煤体表面也??有表面张力并且存在着表面能。但由于煤体表面的分子不易自由移动，因此表现出以下??特点：??（１）煤体表面分子移动困难??对于液体，表面易于缩小和变形，表面张力和表面能很好测定。对于煤体表面不易??于缩小和变形
等于单位摩尔气体分子固有体积总和的四倍。分子间的碰撞大多数情况是两两相碰的，??三个和三个以上的分子相碰的情况极为少见的。两个直径为的分子相碰时，其中的??一个分子会由于分子本身的体积，存在一个“禁区”不能进入（如图２－３所示）。“禁区”??的体积为：??＾?ｎｄｍｏｈ?＝￣７ｔ?｛２ｒｍｏｌｅ?）?＝?８?Ｘ?＾?＾ｍｏｌｅ??也就是说，两个分子的“禁区”的体积是分子体积的８倍。对于一个分子来说，运动的??“禁区”等于分子体积的４倍。那么，对于ｌｍｏｌ的气体（％个气体分子），总的“禁??区”体积为：??Ａ?４?３?１６?Ａ?３??４ＮＡｘ－ｎｒｍｏｋ?＝?—?ｎＮＡｒｍｏｌｅ??那么，常数６为：??ｂ?＝?＾７ｉＮＡｄｍＪ?＝?ｌ－ｊｎＮＡｒｍＪ?（２－４）??ｎ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤体对瓦斯吸附热的理论研究[J]. 刘志祥,冯增朝. 煤炭学报. 2012(04)
[2]基于热力学方法的煤岩吸附变形模型[J]. 周军平,鲜学福,姜永东,谷达圣,王臣. 煤炭学报. 2011(03)
[3]分子模拟在气固吸附机理研究中的应用进展[J]. 陈俊杰,任建莉,钟英杰,罗誉娅. 轻工机械. 2010(06)
[4]煤体吸附瓦斯膨胀变形效应的试验研究[J]. 刘延保,曹树刚,李勇,王军,郭平,徐健,白燕杰. 岩石力学与工程学报. 2010(12)
[5]煤岩吸附量–变形–渗透系数同时测量方法研究[J]. 方志明,李小春,白冰. 岩石力学与工程学报. 2009(09)
[6]温度对煤吸附性能的影响[J]. 张天军,许鸿杰,李树刚,任树鑫. 煤炭学报. 2009(06)
[7]煤阶对煤吸附能力影响的微观机理研究[J]. 降文萍. 中国煤层气. 2009(02)
[8]考虑基质收缩影响的煤层气流动模型及应用[J]. 张先敏,同登科. 中国科学（E辑:技术科学）. 2008(05)
[9]超临界条件下甲烷在纳米活性炭表面的吸附机理[J]. 郭亮,吴占松. 物理化学学报. 2008(05)
[10]煤微观结构与组分量质差异自燃理论[J]. 王继仁,邓存宝. 煤炭学报. 2007(12)
博士论文
[1]孔隙裂隙双重介质逾渗理论及应用研究[D]. 吕兆兴.太原理工大学 2008
本文编号：3105256
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