煤炭学报

作者：周动, 刘志祥, 冯增朝, 沈永星,

关键词：孔喉, 微孔隙, 解吸, 阻滞, 势阱/ 势垒,

煤是天然的多孔介质,其内部含有大量破碎煤块与多种类型的微孔隙结构,甲烷在煤的微 孔隙喉道通过性是影响甲烷解吸效率的重要原因之一。 基于单孔喉模型,分别对孔喉直径、孔喉几 何形态与甲烷分子在孔喉附近的 Leonard-Jones 势的关系进行了分析;基于两能态模型,得到了孔 喉势阱/ 势垒的几何临界尺寸及变化规律,研究发现,当 R / r0(孔喉半径/ 甲烷分子直径) 0. 89 时,孔喉平面仅存在势 阱,势阱深度随着孔喉增大逐渐降低。 基于玻尔兹曼能量分布定律与麦克斯韦分子速率分布原理, 推导出了温度、压力、孔喉直径对微孔隙吸附/ 解吸甲烷过程中的孔喉通过性影响的定量关系,分析 表明温度、压力差、孔喉直径是影响甲烷通过孔喉的主要因素。 温度越高,压力差越大,孔喉直径越 大,孔隙甲烷的通过性越好,反之则通过性越差。 基于上述理论分析,建立了煤的非均匀孔喉结构 模型,通过数值模拟方法进行了含孔喉微孔隙吸附/ 解吸甲烷规律研究。 研究证明,煤中孔喉势阱 对甲烷分子运移的阻滞作用,是引起煤层甲烷吸附/ 解吸速率下降与甲烷解吸滞后现象,导致煤层 气开采期限内解吸率低下的重要原因之一;微孔隙孔喉越小,其影响越明显。 研究结果对于煤层气 开采效率评价及煤层原位致裂增透改性强化煤层气开采提供借鉴。

来源：2019年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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