煤炭科学技术

作者：张昆, 孟召平, 金毅, 王保玉,

关键词：煤体结构, 孔隙结构, 分形模型, 分形维数, 煤层气,

煤层气的赋存和产出与煤储层孔隙系统的发育程度有关，原生结构煤层受到破坏变形后其孔隙结构特征将发生明显的变化，从而影响煤层气的吸附/解吸和扩散过程。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层不同煤体结构样品进行低温液氮、低压二氧化碳吸附分析和等温吸附试验，分析了不同破坏强度煤的孔隙结构和吸附性变化规律；应用试验数据和数值分形模型，揭示了不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其对煤中甲烷吸附、扩散的影响。结果表明：随着煤体结构破坏强度的增大，煤的比表面积和孔隙容积均增大，50～300 nm的孔隙所占比例逐渐降低，2～50 nm的微孔和中孔以及小于2 nm的超微孔增加，超微孔为煤中主要吸附孔，孔径主要分布在0.45～0.65 nm和0.80～1.0 nm。N2、CO2和CH4的吸附量随煤体结构破坏程度的增大而增加，吸附性由大到小顺序为原生结构>糜棱结构>碎粒结构>碎裂结构。微孔、中孔和大孔孔隙结构分形维数表明，构造变形后的煤孔隙结构将被简单化，破坏程度较强的煤具有较粗糙的孔隙表面（对应较高的D1）和较为均质的孔径分布（对应较低的D2）；而超微孔分形维数Dm随着煤体结构破坏强度的增加逐渐增大，且与LangmuirVL和对应的比表面积呈正相关性，说明煤表面粗糙度增大导致比表面积增大，为煤中气体吸附提供了较多的具有高吸附势的吸附点位，吸附性增强。有效扩散系数、孔容与分形维数D1 呈正相关性，与D2成负相关性，表明原生结构煤孔隙结构被破坏后连通性变好，孔隙容积增大，气体进出效率提升，扩散效率增大。

来源：2023年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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