煤炭学报

作者：程远平, 胡彪,

关键词：孔隙特征, 甲烷, 吸附, 微孔填充, 单层吸附,

煤中甲烷赋存形式是其吸附能力的表征，也是其扩散和渗透特性研究的基础，厘清煤中甲烷赋存形式对煤矿瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对不同变质程度的6个煤样微观孔隙结构进行定量分析，基于微孔填充和单层吸附理论研究煤中甲烷极限吸附平衡状态，建立表征煤样甲烷吸附能力的量化方法，最后通过甲烷极限吸附实验结果验证理论结果的可靠性，获得甲烷在煤储层不同尺度孔隙结构中的赋存特征及其吸附能力的控制因素。结果表明:煤中0.38~1.50 nm孔隙结构的甲烷吸附能力受限于微孔孔容，而大于1.50 nm孔隙结构的甲烷吸附能力受孔隙表面积控制;6个煤样的孔隙结构中微孔孔容为0.028~0.065 cm3/g、占66.1%~96.6%，微孔比表面积为75.4~197.3 m2/g、占82.8%~98.2%;微孔填充计算的甲烷吸附量为14.50~32.27 cm3/g，孔隙外表面积计算的甲烷吸附量为0.10~7.31 cm3/g，计算的甲烷极限吸附量为14.60~33.35 cm3/g;通过实验获得的甲烷极限吸附量为13.30~35.75 cm3/g，与理论计算结果具有较好的相关性;说明煤中甲烷主要以微孔填充形式吸附在微孔孔隙中，5个煤样以微孔填充形式吸附的甲烷量超过极限吸附量的91%以上，0.38~0.76 nm微孔结构提供的甲烷吸附能力占总吸附能力的41.27%~55.32%;仅XQ煤样由于外比表面积的吸附作用，使其微孔填充形式吸附的甲烷量为极限吸附量的73.74%，0.38~0.76 nm微孔结构提供的甲烷吸附能力占总吸附能力的37.51%。

来源：2021年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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