煤炭科学技术

作者：张书林, 刘永茜, 孟涛,

关键词：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。

来源：2021年第7期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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