焦煤瓦斯吸附解吸塊度效應(yīng)及其電化學(xué)作用效果研究.pdf

1、目前國內(nèi)關(guān)于煤樣塊度對煤樣瓦斯吸附解吸影響的試驗中，試驗采用的煤樣一般為60目以下的煤粉。研究結(jié)果表明煤的吸附能力與塊度無關(guān)，煤對瓦斯解吸量，在相同的時間內(nèi)，煤樣的塊度越小，解吸初速度越大，解吸量越大。當(dāng)煤樣塊度大于6mm時，煤樣塊度對煤樣瓦斯吸附解吸的影響研究較少。目前改變煤孔隙結(jié)構(gòu)的方法主要有對煤樣加熱，用不同的化學(xué)試劑處理煤樣等，本文采用電化學(xué)作用煤樣的方法改變煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)。目前促進瓦斯解吸的主要技術(shù)有卸壓法和外加物理場。卸壓法

2、利用卸壓產(chǎn)生煤體變形和解除應(yīng)力屏障以達到促進解吸的目的，但由于煤對瓦斯的吸附性很強，使無應(yīng)力的狀態(tài)下煤樣中的瓦斯仍然難以解吸。因此，僅通過卸壓使煤層瓦斯解吸取得的效果是有限的。外加物理場如聲場、電場、電磁場、溫度場等在一定程度上能促進瓦斯解吸，為解決瓦斯難以解吸的問題提供了新的思路。本文鑒于吸附在煤表面上的瓦斯難以充分解吸是當(dāng)前瓦斯抽放/煤層氣抽采面臨的核心問題，在前人研究基礎(chǔ)上提出一種非力學(xué)方法促進焦煤瓦斯解吸特性的思路，即采用電化學(xué)

3、作用強化焦煤瓦斯解吸特性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用容量法對6種不同塊度（0.8～1mm、8～10mm、20～25mm、40～45mm、70～75mm和135～140mm)的焦煤進行吸附解吸試驗，得出等溫吸附曲線和等溫解吸曲線，分析塊度對焦煤吸附解吸的影響。得出以下結(jié)論：塊度變化影響煤樣對瓦斯的吸附主要體現(xiàn)在達到吸附平衡的時間上，在試驗溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下，塊度越小，達到吸附平衡的時間越少，反之，塊度越大

4、，時間越多;塊度變化對煤樣瓦斯吸附量幾乎沒有影響；塊度變化對煤樣瓦斯解吸初期速度的影響分兩種情況:當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時，塊度變化對煤樣瓦斯解吸初期速度的影響很小;當(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時，煤樣塊度越小，瓦斯解吸初期速度越快；塊度變化對煤樣瓦斯解吸量的影響主要體現(xiàn)在達到解吸平衡的時間上，在試驗溫度、吸附平衡壓力和煤樣水分相同的條件下，不同塊度的煤樣的最終解吸量是相同的，達到解吸平衡的時間不同，當(dāng)煤樣塊度小于極限塊度時，塊度越小，煤樣瓦

5、斯解吸達到解吸平衡的時間越短，當(dāng)煤樣塊度大于極限塊度時，不同塊度煤樣瓦斯解吸達到解吸平衡的時間基本相同。⑵采用壓汞法、注氮法測試改性前后煤樣，研究其孔隙率、平均孔徑、孔容、比表面積變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：煤對瓦斯的吸附能力主要取決于煤中微孔和小孔的比表面積。電化學(xué)作用后煤樣的微孔和小孔的連通性增強，數(shù)量和比表面積減少，因此，電化學(xué)作用后煤對瓦斯的吸附能力降低；電化學(xué)作用后煤樣的中孔和大孔的數(shù)量增加，孔隙率增大，有利于煤中瓦斯的解吸。3）

6、電化學(xué)作用過程中，陽極生成H+，形成酸性環(huán)境，陰極生成OH-，形成堿性環(huán)境，同時伴隨有電滲和電泳作用，把煤中的部分無機礦物溶解或移除，從而改變煤中的孔隙結(jié)構(gòu)；通過電化學(xué)作用強化焦煤解吸特性的試驗，研究五種電解液濃度、五種電位梯度下電化學(xué)作用對焦煤解吸特性的強化規(guī)律，得出以下結(jié)論：電化學(xué)強化焦煤瓦斯解吸過程中，陽極端發(fā)生氧化反應(yīng)，生成O2，CH4和CO2，其中O2最多，CH4和CO2都是少量;陰極端發(fā)生還原反應(yīng)，生成H2，但是陰極端收集到

7、的氣體還有CH4，這是因為電化學(xué)作用過程中發(fā)生了電滲作用，把煤中瓦斯帶出；不同電解液濃度條件下，電化學(xué)強化瓦斯解吸試驗中，陽極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同，最終的氣體收集量相同，電解液濃度越大，達到最終氣體收集量的時間越短。；不同電位梯度條件下，電化學(xué)強化瓦斯解吸試驗中，陽極端和陰極端氣體排出的規(guī)律基本相同，氣體收集量逐步增加，最終達到一個固定值，最終的氣體收集量相同，電位梯度越大，達到最終氣體收集量的時間越短。4）電化學(xué)改性強化煤

8、瓦斯解吸的機理有兩個方面:一方面是電解和電滲作用從兩個方面使煤樣發(fā)生了“擴孔效應(yīng)”導(dǎo)致孔徑、孔容、孔隙率由小變大、比表面積由大變小。一般情況下，孔徑、孔容、孔隙率越大，瓦斯在煤體中運移相對較容易;比表面積越小，其煤體對氣體的吸附能力越弱，從而使氣體分子從煤體中易于解吸。另一方面是電化學(xué)作用改變了煤樣表面含氧官能團的數(shù)量，使煤樣表面含氧官能團的數(shù)量減少，使其產(chǎn)生的總的相互作用能Ep變小，即吸附勢變小。從宏觀上表現(xiàn)為煤吸附瓦斯的能力減弱，煤