煤中吸附态与游离态甲烷的串联扩散特征及理论表征
程远平1
易明浩2
王亮1
1.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏徐州 2211162.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭 411201
摘要：厘清煤中孔隙结构对甲烷吸附以及扩散的内在联系是定量评价甲烷解吸量和解吸速度的基础.运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对煤中多尺度孔隙进行了定量表征,获得吸附态和游离态甲烷的赋存场所和运移通道分别为0.38～1.5 nm的填充孔和1.5～100 nm的扩散孔,在此基础上建立了填充孔吸附态扩散和扩散孔游离态扩散的双孔串联扩散模型,并通过对甲烷解吸实验数据的拟合获得了甲烷扩散参数和孔隙结构参数.结果表明:基于多尺度孔隙甲烷吸附模型计算的甲烷极限吸附量与实测值匹配程度较好,其中90％以上的吸附态甲烷以微孔填充形式赋存于填充孔内,表明煤对甲烷的吸附能力取决于填充孔结构;解吸过程中填充孔内发生吸附态甲烷扩散,并不断流入扩散孔中以游离态扩散的形式流出,其中吸附态和游离态甲烷扩散系数分别处于10-13m2/s和10-6m2/s量级,而填充孔和扩散孔当量孔长分别为0.109～2.855μm和0.525～3.106 mm,对应的当量孔数分别为1016～1017个/g和1010～1012个/g;由于填充孔数量更多、孔长更短,吸附态甲烷浓度更高,煤中吸附态甲烷的质量传输速度要远大于扩散孔内的游离态甲烷,煤中甲烷的解吸主要受到扩散孔中游离态甲烷扩散过程的控制.
关键词：孔隙结构微孔填充扩散模型甲烷赋存煤粒解吸
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52034008)国家自然科学基金(52374240)国家自然科学基金(52404203)
论文发表日期：2025-01-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 326-339 )
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