萃取改造对煤体多尺度孔隙结构与甲烷吸附动力学的影响机制
王亮1
郑思文1
付沈光2
1.中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤岩动力灾害防控理论与技术国家矿山安全监察局重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211162.College of Earth and Mineral Sciences,Pennsylvania State University,PA 16801,USA
摘要：水力化技术作为煤层瓦斯治理的重要手段,常辅以有机化学抑制剂注入,通过抑制瓦斯的吸附行为来提升煤层瓦斯的抽采效率.为了探明有机试剂对煤体理化性质的改造作用及甲烷吸附动力学行为受到有机组分的影响机制,利用有机试剂二氯甲烷(DCM)、四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇(EA)对试验煤样进行有机组分萃取和孔隙结构改造,综合采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(SEM-EDS)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、13C核磁共振(13C-NMR)等表征手段和低压N2、低温CO2流体侵入法等孔隙分布测试手段对萃取改性前后的煤体物理及化学结构进行定性定量分析,探索基于微孔填充的积分优化模型的计算结果与萃取改造前后煤体对甲烷吸附的影响机制.结果表明:萃取改造作用导致高变质程度的无烟煤中有机组分发生不同程度变化,其中DMF的改造效果较强,其含氧官能团相对含量锐减,导致了煤的甲烷吸附能力降低(最大程度可从空白对照组的26.536 4 cm3/g降至DMF处理后的10.983 0cm3/g);同时萃取改造作用改变了煤的孔隙结构,即中、大孔相对增加,微孔相对降低.通过优化微孔填充理论,解释了化学结构改变导致甲烷吸附量衰减作用机制;同时,利用分子模拟手段,通过径向配位分布函数定量对比了萃取改造下煤体限域效应强弱,获得了微孔填充与有机组分改变的内在关系,从微观化学角度解释了甲烷在煤体内部的吸附倾向.
关键词：多尺度特征有机质萃取甲烷吸附微孔填充分子模拟
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(52174216)国家自然科学基金(52474260)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：20( 3933-3952 )
英文信息