含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附解吸特征的影响-论文

为研究低阶煤中含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸的影响，采集大佛寺井田延安组4号煤样品并分离光亮煤与暗淡煤样品，分别采用液氮吸附、扫描电镜、接触角测定以及等温吸附/解吸等试验手段，分析煤样的物质组成、孔隙结构特征、润湿性特征、吸附/解吸等特征；并基于等量吸附热、表面自由能等热力学参数计算结果，从能量角度分析低阶煤中不同宏观煤岩类型的润湿性对甲烷吸附/解吸特征的影响。结果表明：①光亮煤的灰分、水分及氢、氧、氮元素含量低于暗淡煤，而挥发分及碳、硫元素含量高于暗淡煤；光亮煤的表面结构相对简单，接触角为56.3°，暗淡煤的接触角为51.7°，光亮煤的润湿性较暗淡煤差；②升压阶段，空气干燥基煤样的等量吸附热值大于平衡水煤样，且光亮煤的等量吸附热大于暗淡煤；降压阶段，平衡水煤样的等量吸附热小于空气干燥基煤样，暗淡煤的等量吸附热大于光亮煤。此外，无论光亮煤还是暗淡煤，降压阶段的等量吸附热均大于升压阶段的等量吸附热，表明甲烷解吸还需要从外界环境中吸收更多的能量，且降压不能促使甲烷完全解吸，甲烷解吸存在滞后性，本质是吸附和解吸过程能量的差异；③水分子易与煤基质表面断裂的化学键及煤基质内部的亲水性官能