弱吸附性氮?dú)鈱?duì)煤中甲烷的置換效應(yīng)

【摘要】：本文從煤礦井下注N_2促抽/促排煤層瓦斯的試驗(yàn)效果以及煤礦井下安全生產(chǎn)的角度出發(fā),采用高壓容量法,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)陽(yáng)泉15號(hào)煤層的顆粒煤樣進(jìn)行等壓擴(kuò)散和高壓注氣兩種條件下弱吸附性N_2置換煤中CH_4實(shí)驗(yàn),研究了兩種實(shí)驗(yàn)條件下N_2置換煤中CH_4規(guī)律,并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行分析。陽(yáng)泉15號(hào)煤對(duì)CH_4、N_2單組分氣體的吸附-解吸實(shí)驗(yàn)表明,煤吸附CH_4能力強(qiáng)于吸附N_2。通過(guò)對(duì)等壓擴(kuò)散和高壓注氣兩種實(shí)驗(yàn)條件下N_2對(duì)CH_4的置換解吸規(guī)律可以看出,高壓注氣條件下CH_4置換量很小,且隨煤對(duì)CH_4的吸附平衡壓力升高呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律,CH_4的吸附平衡壓力為0.84MPa時(shí)置換量達(dá)到最大值0.56cm3/g,同一甲烷吸附平衡壓力下,置換量隨著氮?dú)庾鈮毫Φ纳叨龃?且增加量逐漸減小;等壓擴(kuò)散條件下CH_4置換量隨煤對(duì)CH_4的吸附平衡壓力的升高而增大;相同CH_4吸附平衡壓力下,等壓擴(kuò)散條件下CH_4置換量始終大于高壓注氣條件下CH_4置換量。對(duì)置換氣體N_2的吸附量而言,兩種實(shí)驗(yàn)條件下均表現(xiàn)為隨CH_4平衡壓力的升高先升后降,且相同CH_4吸附平衡壓力下,高壓注氣條件下N_2吸附量始終大于等壓擴(kuò)散條件下N_2吸附量。分析兩種實(shí)驗(yàn)條件下的置換作用機(jī)理,得出高壓注氣條件下,N_2對(duì)煤中CH_4的置換機(jī)理是高壓氮?dú)獾淖⑷朐黾恿嗣褐锌倝毫Χ鸬募淄榻馕?等壓擴(kuò)散條件下,N_2對(duì)煤中CH_4的置換主要是氣體的擴(kuò)散作用和由氣體擴(kuò)散作用引起的甲烷分壓降低以及由氣體擴(kuò)散引起的氮?dú)夥謮荷吖餐饔?。因?等壓擴(kuò)散條件下N_2的置換量高于高壓注氣條件下的置換量。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析井下注N_2促抽/促排煤層瓦斯技術(shù)的機(jī)理得出,其作用機(jī)理主要是注氣氣流的載攜作用和氣體的擴(kuò)散作用,還包含了注氣氣流的膨脹增透作用,以及微弱的氮?dú)獾淖⑷胧沟妹簩涌倝毫ι叨a(chǎn)生的甲烷解吸作用。 【關(guān)鍵詞】：瓦斯吸附 置換解吸 等壓擴(kuò)散 增壓注氣 置換機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 研究目的和意義12
• 1.2 煤對(duì)氣體吸附-解吸特性的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 煤對(duì)單組分氣體的吸附-解吸特性研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 煤對(duì)多組分氣體的吸附-解吸特性研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 注氣置換煤層甲烷機(jī)理的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線15-16
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容15
• 1.3.2 技術(shù)路線15-16
• 1.4 本文的研究特色與創(chuàng)新16-17
• 2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備17-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備17-19
• 2.1.1 核心實(shí)驗(yàn)設(shè)備17-18
• 2.1.2 主體實(shí)驗(yàn)設(shè)備18-19
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置標(biāo)準(zhǔn)體積的測(cè)定19-21
• 2.2.1 公共管路標(biāo)準(zhǔn)體積Vp測(cè)定19-20
• 2.2.2 充氣罐標(biāo)準(zhǔn)體積的測(cè)定20-21
• 2.2.3 吸附罐標(biāo)準(zhǔn)體積Vs的測(cè)定21
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)裝置的技術(shù)參數(shù)21
• 2.3 吸附腔體剩余體積測(cè)定21
• 2.4 實(shí)驗(yàn)樣品21-22
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備21-22
• 2.4.2 煤樣的工業(yè)分析22
• 2.5 本章小結(jié)22-25
• 3 煤對(duì)單組分氣體吸附-解吸特性實(shí)驗(yàn)研究25-37
• 3.1 煤對(duì)單組分氣體的吸附-解吸實(shí)驗(yàn)25-28
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置氣密性檢查25
• 3.1.2 等溫吸附實(shí)驗(yàn)25-27
• 3.1.3 等溫解吸實(shí)驗(yàn)27-28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理28-31
• 3.2.1 壓縮因子的確定28-29
• 3.2.2 參數(shù)計(jì)算29-31
• 3.3 煤對(duì)單組分氣體的吸附-解吸規(guī)律31-33
• 3.3.1 吸附-解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果31
• 3.3.2 煤對(duì)CH_4的吸附-解吸規(guī)律31-32
• 3.3.3 煤對(duì)N_2的吸附-解吸規(guī)律32-33
• 3.4 煤對(duì)單組分氣體吸附-解吸特性對(duì)比分析33-36
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)條件下煤對(duì)單組分氣體吸附-解吸特性對(duì)比分析33-34
• 3.4.2 理論計(jì)算的煤對(duì)單組分氣體吸附-解吸特性對(duì)比分析34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 4 高壓注氣條件下N_2置換煤中CH_4效應(yīng)研究37-47
• 4.1 高壓注氣置換實(shí)驗(yàn)37-39
• 4.1.1 設(shè)備氣密性檢查38
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法38-39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理39-42
• 4.2.1 壓縮因子的確定39-40
• 4.2.2 參數(shù)計(jì)算40-42
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-46
• 4.3.1 同一CH_4吸附平衡壓力，不同注氣壓力置換煤中CH_4實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-45
• 4.3.2 甲烷分壓力比相同，注氮?dú)庵脫Q煤中甲烷實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 5 等壓擴(kuò)散條件下N_2置換煤中CH_4效應(yīng)研究47-53
• 5.1 等壓擴(kuò)散條件下N_2置換解吸CH_4實(shí)驗(yàn)47-49
• 5.1.1 設(shè)備氣密性檢查47
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)方法47-49
• 5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理49-50
• 5.2.1 壓縮因子的確定49-50
• 5.2.2 參數(shù)計(jì)算50
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 6 兩種實(shí)驗(yàn)條件下N_2置換煤中CH_4效果及機(jī)理對(duì)比分析53-61
• 6.1 N_2置換煤中CH_4效果分析53-58
• 6.1.1 高壓注氣條件下N_2置換煤中CH_4規(guī)律分析53-57
• 6.1.2 等壓擴(kuò)散下N_2置換煤中CH_4規(guī)律分析57-58
• 6.2 兩種實(shí)驗(yàn)條件下N_2置換煤中CH_4作用機(jī)理分析58-60
• 6.2.1 高壓注氣條件下N_2置換煤中CH_4作用機(jī)理58
• 6.2.2 等壓擴(kuò)散N_2置換煤中CH_4作用機(jī)理58-59
• 6.2.3 井下注N_2促抽/促排煤層瓦斯技術(shù)機(jī)理59-60
• 6.3 本章小結(jié)60-61
• 7 結(jié)論與展望61-63
• 7.1 主要結(jié)論61
• 7.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 作者簡(jiǎn)歷67-68
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集68

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