真空系统中CO的置换解吸及对质谱分析的影响

当样品气体引入真空系统后，原壁面吸附的气体将被引入气体快速地置换而解吸出来，从而造成真空室内气体组分严重失真于样品气体，这对静态进样的质谱分析尤为严重。极限真空为 １× １０－５ Ｐａ的不锈钢真空系统充入Ｈｅ，Ｎｅ或Ａｒ后，ＣＯ的解吸速度比未充气时提高８倍，Ｈ２和ＣＨ４的解吸速度更快。这种置换吸附和解吸作用有可能用于研究真空装置内某些吸附气体的快速除气，采用预充气法提高充气器件内气体的纯度和采用热封离法提高真空器件内的真空度等措施均基于这个原理。

煤中二元气体竞争吸附与置换解吸的差异性及其置换规律

煤对气体的吸附有强弱之分,多元气体之间存在竞争吸附和置换解吸。他们之间会不会因为气体进入的先后顺序不同而产生差异呢?为此进行了煤对CH4-CO2混合气体的竞争吸附和CO2置换煤中CH4的置换吸附对比实验。实验表明,煤对CH4-CO2二元气体的竞争吸附与置换解吸结果是一致的,理论分析表明煤对气体的吸附解吸与气体进入煤体先后顺序和过程无关,只与吸附前后的状态有关。气体置换煤中CH4的规律为:混合气体中强吸附性气体含量越大,置换效率越高;置换压力越大置换效率越高。最后对煤层注气措施提出了建议:应先将煤层瓦斯压力降到安全范围再实施注气措施。

高压CO_2煤体预裂及置换解吸应用研究

为了解决低透高突煤层瓦斯抽采效果差的技术难题,摸索新的更高效的瓦斯抽采措施,进行了气态物质置换解吸煤层瓦斯和液态物质抑制煤层瓦斯解吸防治与利用瓦斯试验研究。出于验证高压CO_2煤体预裂及置换解吸技术在瓦斯动力现象明显的煤层应用的安全性和高效性,选择在官地矿22610工作面进行相关实验研究。结果表明:高压CO_2煤体预裂及置换解吸技术在实施中效果明显,其中瓦斯抽采量增加4倍以上,瓦斯抽放浓度增加200%以上,抽采1个月后浓度仍在40%以上,能够提高现有井下瓦斯抽采系统的瓦斯抽采效率和所抽采的瓦斯浓度,对于缩短吸附性瓦斯抽采周期起到了革命性的效果。

煤层气的置换解吸实验及机理探索

通过以煤样为吸附剂的CO_2置换CH_4模拟实验,发现了自然条件下和煤层气开采条件下的煤层气置换解吸现象,并借助于现代物理化学和界面化学的吸附理论,深入探讨了煤层气的竞争吸附与置换解吸机理,为深入研究煤层气开采过程中的煤层气解吸机理探索了一条新的途径．

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

为了探究水分含量和负压对煤层气等温吸附、解吸特征的影响,采用大样量煤层气吸附/解吸仿真试验设备对鄂尔多斯盆地东缘北部煤矿煤样进行煤层气常规等温吸附解吸过程和负压解吸过程的实验室模拟,通过将煤样进行处理得到干燥煤样、平衡水煤样、饱和水煤样3种不同含水饱和度煤样,分别对其进行等温吸附测试、常规等温解吸测试和负压解吸测试,得到了煤样在不同含水饱和度、不同负压条件下的压力与吸附量实测数据,并采用不同的吸附/解吸方程式进行拟合。通过对比分析,研究了水分对等温吸附过程、解吸过程以及负压对解吸过程的影响,并从分子间作用力的角度解释了水分对等温吸附解吸过程的影响。结果表明:煤样解吸过程与吸附过程不可逆,存在解吸滞后;由于水分子与煤分子间的作用力大于甲烷分子与煤分子间的作用力,水分在与甲烷的竞争吸附中具有优势,煤样含水率越高,其吸附甲烷的能力越低;煤样含水率较低时,含水对煤岩降压解吸影响不明显;当煤样含水率高于某一值时,外来水分抑制煤层气降压解吸,分析认为这可能与煤样的物质组成和煤分子结构有关;由于水分对甲烷的置换解吸作用,若水力压裂过程中压裂液滤失严重,将降低煤层吸附气量,延长排水降压阶段,减少累计产气量,因此应严格控制压裂液滤失;负压解吸阶段,单位压降引起的解吸量更大,说明负压排采增产措施具有潜力。

利用超声波解吸置换煤层气浅析

煤层气是在煤炭发育过程中形成的各种气体总称,赋存于煤层中,以甲烷为主。我国煤炭埋藏情况较为复杂,煤岩透气性低、煤层气抽采率低,至今还没有形成大规模开发和利用。利用超声波可以显著提高孔隙扩散系数,增大孔隙中游离气体的动态百分数,降低孔隙中吸附气体的动态百分数,将矿井隐患变废为宝,为煤矿带来附加效益。

注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。

应用生物酶提高致密煤层气采收率探讨

我国煤层气资源丰富,然而煤层的强吸性和低渗透性,严重制约了煤层气的经济高效开发。基于致密煤层气储层的开采特征,分析了洞穴完井、羽状分支水平井、水力压裂、注气增产和物理场激励技术的适用条件及优缺点,明确了致密煤层气开采的技术要求。生物酶技术可以满足开采致密煤层气储层的要求,其主要机理是:降低甲烷分压,诱发甲烷解吸;通过竞争吸附,置换解吸甲烷;维持或增加孔隙压力,诱发微裂隙形成和天然裂缝延伸;补充能量,保持或提高煤层渗透率,消除应力敏感损害。针对该技术的特点,提出了生物酶提高煤层气采收率配套技术。

覆压及水分对含瓦斯煤体渗吸特性的影响研究

为研究外加水分条件下受载含瓦斯煤体的渗吸特性,利用自主设计的含瓦斯煤体等压渗吸实验装置对煤体中水分及瓦斯的运移进行连续监测,并在瓦斯压力恒定不变的条件下研究覆压及外加水分对煤体渗吸距离、渗吸速度以及瓦斯置换量的影响。结果表明:水分在煤体中的渗吸距离随时间增长先是快速增加,而后缓慢增大。在相同外加水分条件下,相同时刻水分的渗吸速度随覆压增大而增大;在相同覆压条件下的煤体,相同时刻水分的渗吸速度随外加水分的增大而增大;渗吸过程中水分置换出来的瓦斯量随时间变化分为3个阶段,在第1个阶段覆压和外加水分的变化对瓦斯置换量影响不大,之后的2个阶段瓦斯置换量随着外加水分和覆压的增大而增大,并逐渐达到1个极限值。

煤层低压注气有效影响半径测定

注气置换解吸煤层瓦斯来防治煤与瓦斯突出是一种创新性的瓦斯突出防治新思维,目前正处于初始研究阶段。煤层注气半径是注气钻孔参数设计的最基本技术参数。利用流量法对新景矿煤层低压注气有效半径进行了测定,结果表明在注气压力为0.3 MPa时,注气有效影响半径为0.9 m。

不同注氮压力置驱煤层甲烷试验中的机理分析

通过煤层注气物理模拟试验,对0.6、1.0、1.4 MPa压力下的注氮气置驱煤层甲烷的机理进行分析。结果表明:注气试验前期,氮气被煤体吸附并置换出煤中甲烷,随着氮气突破腔体,氮气的驱替作用也开始宏观表现出来,试验过程中的宏观现象表现出了注入氮气的置换、驱替作用。从微孔隙中甲烷的解吸角度来讲,注入氮气的稀释扩散作用也是注氮气置驱煤中甲烷的机理之一。通过对注氮气置驱甲烷的机理进行分析,总结出了注入弱吸附性气体置驱煤层甲烷的机理。