煤层吸附气密度模型及气体吸附行为再认识
武守亚
梁卫国
太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
摘要：明确煤层吸附气密度是研究煤层气吸附特征及煤层气真实含气量的基础,而现有吸附气密度计算方法未体现温度、压力的影响.鉴于此,采用气体分子间、气固分子间相互作用势能理论,构建了近壁面处气体密度非均匀分布模型,进而获得了吸附厚度与吸附层数计算方程,推导了吸附气密度计算模型,从而建立了吸附量计算模型.所建模型的可靠性通过了分子动力学模拟结果以及吸附物理实验结果的验证.通过模型分析可知,吸附气密度受气固相互作用强度、温度、压力的影响:煤体对气体吸附能力越强,气固相互作用强度越大,近壁面处气体密度越大,吸附气密度越大,吸附层数越大;距壁面1个分子层区域内为强吸附区域,强吸附区域内吸附行为主控因素是气固相互作用;距离孔隙壁面大于1个分子层吸附区域为弱吸附区域,强吸附区域内吸附行为主控因素是外压作用.随着压力升高,近壁面处气体密度增加,且气体吸附过程为优先填充强吸附区域,后填充弱吸附区域.吸附气密度与游离气密度均随压力升高而增大,但吸附层数减小.过剩吸附量在吸附气密度与吸附层厚度的综合作用下随压力升高呈现下降或稳定趋势.吸附气密度与游离气密度、吸附层数、吸附量均随温度升高而呈现降低趋势.降压和增温能够有效解吸距壁面大于0.2 nm范围内的吸附气,然而距壁面小于0.2 nm范围内气体吸附行为唯一控制因素是气固相互作用,通过减弱气固相互作用强度能够进一步增加气体解吸量.此外,温度升高和压力增大引起气体吸附层数下降是深部煤层吸附气占比下降的原因.
关键词：煤层气吸附气密度吸附模型气固相互作用吸附特征
分类号：TD803(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(U22A20167)山西省基础研究计划青年科学研究资助项目(202103021223074)山西省回国留学人员科研资助项目(2022-058)
论文发表日期：2025-02-28
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：12( 1115-1126 )
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