不同矿化度水对煤的甲烷解吸影响的试验研究

作者：张书林; 刘永茜^*; 孟涛

来源：煤炭科学技术, 2021, 49(07): 110-117.

DOI：10.13199/j.cnki.cst.2021.07.015

• 矿化度
• 煤层
• 等温解吸试验
• 解吸性能
• 甲烷

为了研究水分及其矿化度对煤样甲烷解吸的影响,以平顶山矿区己16-17煤样为例,开展了干燥和不同矿化度(0、2、5、15 g/L)饱和水条件下煤样的等温解吸试验,探讨了不同矿化度水对煤的甲烷解吸性能的影响。结果表明:不同矿化度水的存在,大幅减小了煤的甲烷解吸初速度、解吸总时间和甲烷解吸总量;不同程度地增加了各时间段甲烷解吸量占解吸总量的比例,但该比例的增幅随平衡压力的增大而呈现不同程度的下降;但对煤的甲烷解吸拟合规律影响不大。对于不同矿化度饱和水煤样,不同平衡压力下,各煤样前期解吸速度衰减都较快;相同平衡压力下,随矿化度的增大,各煤样甲烷解吸的初期速度、解吸总时间和解吸总量均呈现先增大后减小的规律,解吸总量最大时矿化度约为2.5 g/L;此后,解吸总量逐步减小,减小幅度逐步降低,当矿化度为15 g/L时,煤样的甲烷解吸总量甚至低于0 g/L饱和水煤样;甲烷解吸总量不会一直下降,当矿化度大于20 g/L时,其对甲烷解吸总量的变化无明显作用。研究认为水分子除了竞争占据甲烷分子的吸附点位外,还多层吸附于煤表面占据甲烷吸附通道,进一步减少了煤对甲烷的吸附量;当水分增至饱和时,多余水分会以游离态赋存于煤粒间大孔隙中,在一定温压条件下,甲烷可以溶解到这部分水中,增加了煤对甲烷的"吸附"量,因此,饱和水煤体等温吸附甲烷的量主要包括甲烷在煤孔、裂隙水中的极限溶解量和在剩余孔隙中的极限吸附量2个部分,矿化度水中无机盐离子则影响前者,且通过水合作用和间隙填充这2种竞争机制来影响甲烷的溶解和扩散;总体而言,不同矿化度饱和水煤体解吸时,水中无机盐离子的水合作用利于增强甲烷分子在煤孔、裂隙游离水中的扩散运移能力,而间隙填充则相反。在低温条件(小于85℃)下,水合作用占据主导,因此,矿化度较低时,促进甲烷在煤孔、裂隙游离水中的扩散运移;矿化度较高时,则会减小孔、裂隙游离水的有效间隙度而降低气体扩散运移能力,但存在一个极限值,超过该值后矿化度对煤的甲烷解吸总量的影响不大。

• 单位
  煤炭科学技术研究院有限公司