Experimental study on adsorption characteristics of coal by acidification−gas wettability alteration
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摘要:
在深部开采阶段，随地应力增大煤层透气性降低。煤层酸化技术通过溶解或溶蚀孔裂隙中的填充物以提高透气性，而水锁效应限制了该技术的发展，气润湿反转剂的加入可以有效减轻酸化后的水锁效应。为了探讨酸化时加入气润湿反转剂对煤吸附特性的影响，以山西TL煤为研究对象，制备了原煤、蒸馏水浸泡煤、酸液浸泡煤和酸液+气润湿反转剂浸泡煤，干燥处理后分别进行了甲烷等温吸附实验、XRD实验和高压压汞实验。甲烷等温吸附实验结果表明，酸液+气润湿反转剂浸泡煤的吸附常数a值大于原煤和蒸馏水浸泡煤，但小于酸液浸泡煤，说明水分浸润降低了煤对甲烷的吸附能力，而酸化促进了吸附性能的提升，气润湿反转剂的加入又降低了煤对甲烷的吸附能力；XRD实验表明经酸液浸泡后的煤样中绿泥石矿物消失不见，高岭石、伊利石和钙长石的成分明显减少，酸液+气润湿反转剂浸泡煤的石英含量明显减少；高压压汞测试结果显示蒸馏水浸泡煤、酸液浸泡煤和酸液+气润湿反转剂浸泡煤的孔容均大于原煤，且酸液+气润湿反转剂浸泡煤小于蒸馏水浸泡煤和酸液浸泡煤。通过对实验结果的理论分析厘清了酸化−气润湿反转对煤体吸附特性的影响机制，气润湿反转剂的加入降低了煤对的甲烷吸附性能，促进酸化反应并产生新物质，而且在水楔作用和干燥升温作用下改变了煤的孔隙特性。在煤层酸化实践中，应及时进行清洗，避免失水后反应物重新固化，堵塞孔隙。
Abstract:In the deep mining stage of coal mine, the permeability of coal seam decreases with the increase of in-situ stress. Coal seam acidification technology improves the permeability by dissolving the fillers in pores and fissures, but water blocking effect limits the development of this technology, and the addition of gas wetting reversal agent can effectively reduce the water blocking effect after acidification. In order to explore the effect of adding wetting reversal agent on the adsorption characteristics of coal during acidification, raw coal (RC), distilled water impregnated coal (DWC), acid liquid immersed coal (ALC)and acid liquid-gas wetting reversal agent impregnated coal (ARC)were prepared, and methane isothermal adsorption experiment, XRD experiment and high-pressure mercury pressure experiment were carried out after drying treatment, respectively. The results of methane isothermal adsorption experiments show that the adsorption constant a of ARC is greater than that of RC and DWC, but less than that of ALC, indicating that water infiltration reduced the adsorption capacity of coal for methane, while acidification promoted the improvement of adsorption performance, and the addition of gas wetting reversal agent reduced the adsorption capacity of coal for methane. XRD results showed that the chlorite minerals disappeared and the components of kaolinite, illite and alastite were significantly reduced in ALC and ARC; The quartz content of ARC was significantly reduced. The results of high-pressure mercury pressure showed that the pore capacity of RC, ALC and ARC were greater than that of DC, and that of ARC was smaller than that of DWC and ALC. Through the theoretical analysis of the experimental results, the influence mechanism of acidification-gas wettability alteration on the adsorption characteristics of coal was clarified. the addition of gas wetting reversal agent reduced the methane adsorption performance of coal, and promoted acidification reaction and produced new substances, and changed the pore characteristics of coal under the action of water wedge and drying. In the practice of coal seam acidification, cleaning should be carried out in time to avoid re-solidification of reactants after water loss and plugging of pores.
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Keywords:
- acidification /
- gas wetting reversal /
- gas /
- characteristics of coal /
- water blocking effect
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0. 引 言
随着开采深度的增加，我国煤矿逐步进入深部开采阶段[1]。在深部开采时，地应力作用使层理和节理更加封闭，再加上孔−裂隙常被矿物质堵塞，阻碍了煤层瓦斯的自由流动。如何使裂缝在煤层中扩展一直是煤层气抽采领域中的研究重点[2]，酸化增透技术最早在石油行业开始使用[3-4]，目前已应用于煤层气开采领域[5-6]，国内外学者的研究证实，酸液通过溶解或溶蚀孔−裂隙中的填充物，使裂缝得以扩展，从而增加透气性、提高煤层气抽采率，如倪小明等[7]通过实验得出多组分酸能与煤中的矿物质发生反应，提高煤储层的导流能力，酸化使煤中的碳酸盐矿物和硫化物减少最多，其次是蒙脱石、绿泥石和伊利石，石英和高岭石减少最少；袁梅[8]等认为酸化可以有效溶蚀煤中矿物质，达到疏孔、扩孔效果，有利于煤层气扩散，提高煤层气井产气速率。在酸化对煤样组成成分影响方面，ZHANG等[9]采用X射线荧光(XRF)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)等测量技术对酸处理后的样品进行分析，经过盐酸处理和盐酸/硝酸复合处理后，煤样的含水量和固定碳含量均有所增加，挥发分和灰分有所降低。XU等[10]采用氢氟酸和乙酸对煤进行侵蚀，得到有机酸对芳香基团的影响较差，而无机酸对羟基的影响较差；有机酸能有效去除煤表面颗粒，使表面更光滑，无机酸侵蚀后，煤表面破碎，影响煤的结构；无机酸对煤的脂肪族和芳香族基团更有效，更适合于改善煤的润湿性。由于酸化处理后改变了煤的孔隙结构，进而会影响煤的吸附解吸性能。DOU等[11]研究表明酸溶液通过溶解矿物质改变煤的孔隙结构，酸处理降低了煤样的饱和吸附容量a，增大了煤样的吸附常数b，且a和b分别与煤样的比表面积和孔体积呈线性相关。蒋长宝等[12]得出酸化处理煤样的等温吸附量明显大于没有经过处理的煤样。
在生产实践中，水分侵入煤体是煤矿生产实践中的一种普遍现象，在执行高压注水、水力压裂、水力疏松和水力冲孔等水力化防突措施时，在煤层气水力排采时，在承压水与煤层导通时，均会发生压力水侵入煤层现象。水进入煤体后，不仅会形成液置气效应，还会堵塞通道，形成水锁效应[13-14]。水锁效应严重影响了瓦斯的放散，当前亟待找到水锁煤体有效的促排方法[15-17]。近年来，在水力压裂实践中尝试加入一定的气润湿反转剂，取得了较好效果。其原理是通过加入疏水、低表面张力的表面活性剂使煤−水接触角大于90°，将系统的润湿性由液体润湿转换为气体润湿，从而使毛细管力从阻力变为动力。将气藏润湿性由固相润湿改变为气相润湿，提高气相渗流能力，是长效解除致密气藏液锁问题最有效的方法。通过氟碳类活性物质在岩石表面的吸附作用，使固体表面润湿性发生改变，可以达到疏水的目的[18]。贾霖[19]等采用了气润湿反转技术改变煤体润湿性，并将该技术运用到Xinjing煤矿的现场井下水力压裂增透过程中，证明了煤体经过气润湿反转处理后，钻孔处所测得的压裂液返排率、平均瓦斯抽采速率和瓦斯浓度更高，气润湿反转大大增加了瓦斯抽采量。LIU等[20]等以无烟煤为研究对象，通过自吸水实验得出气润湿反转后，煤的吸水速率和吸水量减少，有利于减轻水锁效应；通过测试表面自由能得出气润湿反转效果越好，接触角越大，煤的表面自由能越低，越有利于降低气体的吸附量。另外，采用酸性压裂液也可以有效实现防水锁与增渗目的，胡千庭等[21]采用质量分数6%的乙酸，渗吸流动过程能够有效解除方解石对天然裂缝的充填堵塞，使煤岩心内部形成低毛管力、高渗透率的裂缝性酸溶蚀通道，0.1、0.5 MPa气体驱替压差即可有效返排主要渗流通道中的渗吸水相，返排过程气体渗透率较酸化前增加10～79倍。
综上所述，煤层酸化通过酸液溶解或溶蚀孔−裂隙中的填充物，增加了孔裂隙直径；而气润湿反转可以降低液固界面的作用力，降低气体流动的阻力。两者均有益于水锁效应的解除[22-23]。通过加入酸液和气润湿反转剂，有望使水锁煤体内的瓦斯尽快排出，消除安全隐患同时综合利用能源。虽然前人在煤层酸化和气润湿反转方面各做了一些研究工作，但把两者结合起来的研究较少。由于酸化处理后改变了煤的孔隙结构，进而会影响煤的吸附解吸性能，而加入气润湿反转剂后，煤体表面的吸附性能也将会受到影响，两者的叠加效应对煤吸附特性的综合影响目前还未见相关报道，笔者拟采用实验研究结合理论分析的方法，探讨酸化时加入气润湿反转剂对煤样矿物成分、吸附特性和孔隙特性的综合影响，为酸化−气润湿反转应用于解除水锁效应、提高瓦斯抽采量提供理论借鉴。
1. 实验方法
煤样取自山西焦煤集团西山煤电的TL煤矿，煤质为焦煤，为煤与瓦斯突出煤层。在采煤工作面采集新鲜暴露的块状原煤，用防水袋密封后送入实验室。取一大块原煤采用取芯钻机在结构相似的相邻位置垂直层理方向钻取4个ϕ25 mm×50 mm原煤柱，另外，制取粒度小于0.20 mm的煤样，按照《GB/T 212煤的工业分析方法》进行工业分析，见表1。从表1可以看出，TL煤灰分含量较高，达16.44%。
表 1 实验煤样的煤质特征Table 1. Analysis results of experimental coal samples煤样 Mad/% Aad/% Vdaf/% FCad/% Rmax/% 镜质组/% 惰质组/% 壳质组/% 矿物质/% TL 0.22 16.44 26.67 68.42 1.57 75.44 6.90 4.70 12.96 Mad为水分(空气干燥基)；Aad为灰分(干燥基)；Vdaf为挥发分；FCad为固定碳含量；Rmax为镜质体反射率 对4个煤柱，第1个煤柱不做任何处理，作为对照组，编号为TL0；第2个煤柱放入蒸馏水中，模拟水浸润湿过程，编号为TL1；第3个煤柱放入质量分数为6%的HCl、3%的CH3COOH和2%的KCl溶液中，模拟煤层酸化过程，编号为TL2；第4个煤柱放入质量分数为6%的HCL、3%的CH3COOH、2%的KCl和1%的FS-3100溶液中，模拟煤层酸化加入气润湿反转剂的过程，编号为TL3，其中，FS-3100为事先优选出的具有疏水、低表面能的气润湿反转剂。除TL0外，其它3个煤柱均在室温下浸泡48 h，如图1所示。之后，4个煤柱均放入干燥箱，在100 ℃下恒温干燥48 h，之后放入干燥器中冷却备用。
4个实验煤样制备完成后，首先依据《GB/T19560—2008 煤的高压等温吸附试验方法》进行甲烷等温吸附实验，之后，破碎并制取相应粒度的煤样进行XRD实验和高压压汞实验，以分析煤样中物质成分和孔隙结构的变化。
2. 实验结果与分析
2.1 等温吸附实验
经测试，基于空气干燥基得到4个煤样在30 ℃下的甲烷等温吸附线，如图2所示。从图2可以看出，4个煤样的甲烷等温吸附量随平衡压力的增加而增加，并趋于平衡；相同平衡压力下，4个煤样的吸附量从小到大的顺序是：TL1、TL0、TL3、TL2。为了准确得到4个煤样的吸附性能变化，基于Langmuir方程，对测试数据进行拟合，经计算得到4个煤样的吸附常数，如图3和表2所示。从图3可以看出4个煤样对甲烷的吸附均符合Langmuir方程，平衡压力P与P/X之间均符合线性关系，拟合系数均大于99%；吸附常数a值从小到大的顺序是：TL1、TL0、TL3、TL2，吸附常数b值从小到大的顺序是：TL3、TL2、TL0、TL1。
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图 2 实验煤样在30 ℃下的甲烷等温吸附线Figure 2. Methane isothermal adsorption curve of experimental coal samples at 30 ℃![]()
图 3 实验煤样在30 ℃下P与P/X的拟合曲线Figure 3. Fitting curve of P and P/X of experimental coal samples at 30 ℃表 2 实验煤样在30 ℃下的甲烷吸附常数Table 2. Methane adsorption constants of experimental coal samples at 30 ℃煤样编号 a /(cm3·g−1) b/MPa−1 相关系数R2/% TL0 27.62 0.62 99.86 TL1 26.04 0.63 99.82 TL2 35.34 0.54 99.03 TL3 31.55 0.52 99.74 分析认为，TL1煤样的等温吸附量小于TL0，是因为TL1煤样经蒸馏水浸泡后，煤的孔隙特性发生了变化，另外，虽然实验煤样经过干燥处理，但仍会有少量水分子滞留在微孔隙中，由于水分子与煤的吸附力由于甲烷分子，会占据甲烷的吸附位[24]；煤样TL2和TL3的吸附量大于TL0，是因为2个煤样经过酸化处理后矿物质在酸化过程中得以分解，其孔隙特性也发生了改变，其中TL2煤样的甲烷吸附量略大于TL3煤样的吸附量，这与TL3煤样中添加了气润湿反转剂有关。对于吸附常数b值，TL1煤样的b值和原煤相比变化不大，而TL2煤样和TL3煤样均减小。
2.2 XRD实验
基于具有Cu-Kα辐射(40 kV，40 mA，Kα1=
0.15408 nm） 的Rigaku SmartLab SE的X射线衍射仪，对实验煤样的矿物成分进行了测试，如图4所示。4个煤样的XRD图谱曲线分布特征基本一致，但各吸收峰强度存在较明显差异，基于测试结果，利用jade 6.5软件对实验煤样的XRD图谱进行分析，得到4个煤样的矿物质成分，见表3。表 3 实验煤样中矿物质成分Table 3. Mineral composition of experimental coal samples样品 矿物成分含量/% 高岭石 伊利石 绿泥石 钙长石 石英 砷锰钠 钙锰硅合金 TL0 76.26 14.53 2.14 4.65 2.42 0 0 TL1 76.11 14.81 2.01 4.67 2.40 0 0 TL2 64.12 12.59 0 3.91 2.32 7.38 9.68 TL3 63.47 11.97 0 3.74 1.86 8.64 10.32 从表3可以看出，4个煤样中都含有高岭石（Kaolinite）、伊利石（Cronstedtite）、钙长石（Dmisteinbergite）和石英（Tridymite），TL0和TL1煤样中都含有绿泥石（chlorite），且矿物质种类相同、含量相差不大，说明经蒸馏水浸泡对煤样中矿物质种类及其含量未受到明显影响。经酸液浸泡后，TL2和TL3煤样中绿泥石矿物消失不见，高岭石、伊利石和钙长石的成分明显减少，且都出现了砷锰钠（sodium manganese arsenic）和钙锰硅合金（sodium manganese arsenic）。这说明气润湿反转剂具有酸化协同作用，更大幅度的促进酸液与矿物质反应。原先堵塞在孔内的矿物质和混合酸液发生了化学反应，矿物质的消失和酸液对煤粒内孔隙－裂隙内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，使得闭塞孔开放、吸附孔数量增加、孔发育得更加完全，有利于吸附性能的提升。
相对于TL2煤样，TL3煤样中石英含量也明显减少，分析认为是由于TL3煤样中加入了FS-3100表面活性剂，虽然FS-3100属于非离子表面活性剂，但FS-3100可与多种物质发生反应，且存在加入酸液后HF酸与硅化物发生反应的可能。
2.3 高压压汞实验
压汞分析的原理是基于Washburn方程，即汞进入煤体孔隙需要克服毛细管阻力，孔径越小，受到毛细管阻力越大，需要的外加压力越大。基于美国Micromeritics仪器公司生产的AutoporeV9620高性能全自动压汞仪对4个煤样进行了孔隙特性分析，如图5所示。根据测试结果，采用霍多特的十进制分类方法做出了4个煤样的孔容分布结果，见表4。
表 4 实验煤样的孔容分析结果Table 4. Pore volume analysis results of four groups of coal samples煤样 孔容/(mL·g−1) 微孔
(＜10 nm)小孔
(10～100 nm)中孔
(100～103nm)大孔
(103～105nm)裂隙
(＞105nm)总计 TL0 0.0056 0.0075 0.0011 0.0037 0.0099 0.0278 TL1 0.0040 0.0053 0.0014 0.0068 0.0208 0.0383 TL2 0.0067 0.0065 0.0015 0.0042 0.0145 0.0334 TL3 0.0044 0.0043 0.0016 0.0050 0.0134 0.0287 从图5可以看出，4个煤样的孔容增量分布曲线整体趋势相同，均呈两边高、中间低的M形，进汞量的峰值分布相似；当孔径小于
50000 nm时，曲线分布较为集中；当孔径大于50000 nm时，曲线从上到下分别是TL1、TL2、TL3和TL0。相对于TL0煤样，TL1、TL2、TL3的孔容分布曲线均处于上方，说明水浸润湿的水楔作用和酸化作用均可以增加煤的孔容。从表4可以看出，相对于酸化煤样，TL1煤样总孔容增加更大，主要由于实验煤样水浸润湿或酸化后均在100 ℃下恒温干燥48 h，水浸润湿煤样的孔隙中的水分被排出，而酸化煤样产生的反应物在孔隙中得以重新固化，整体减少了孔容，因此表现出TL1煤样比酸化煤样总孔容增加更加显著。TL3煤样的孔容小于TL2的，这与气润湿反转剂加入有关，与比表面积变化一起讨论。从图6a可以看出，4组煤样的孔容主要集中在微孔、小孔、大孔和可见裂隙，中孔相对不发育。从图6b可以看出，相对于TL0煤样，TL1、TL2、TL3孔容增加主要在100～103 nm的中孔以上孔径段，但由于实验煤样的中孔孔径段孔容基数较小，孔容增加主要集中在
1000 nm以上的孔隙，这与李瑞等[5]的研究结论相符。根据测试结果，做出了4个煤样的比表面积随孔径的分布情况，见表5。从表5可看出，相对于TL0煤样，水浸润湿和酸化处理后煤样的总比表面积整体有降低趋势，平均孔径有增大趋势；微孔、小孔的比表面积减小，而中孔以上的比表面积增大，说明水浸润湿和酸化作用均会对孔隙有改造作用，使煤样中微孔和小孔减少，中孔、大孔及裂隙增多，这与上述孔容数据的分析一致。从图7a可以看出TL煤样的比表面主要集中在微孔和小孔两个孔径段，合计占比均超过99%，随着孔径的增加，比表面积占比趋近于0。对比TL1、TL2和TL3煤样，可以看出TL2煤样的总比表面接近原煤，且其小孔和中孔段的比表面积测值较大，而TL1和TL3煤样有较多降低。分析认为是由于酸化处理后100 nm左右的孔隙数量增加，有利于压汞测试时汞的进入；另外，还与煤样干燥处理时水分的滞留有一定的关系，由于TL1煤样仅加入了纯水，水分易于滞留在微孔隙内中，造成比表面积小于原煤，而TL3煤样酸化时加入了气润湿反转剂，具有解除水锁效应的功能，干燥处理时有利于气体的排出和水分与酸化反应物的滞留，从而造成测得的比表面积和孔容均低于TL2。
表 5 实验煤样比表面积分析结果Table 5. Pore-specific surface area distribution characteristics of coal samples煤样 比表面积/(m2·g−1) 平均孔径/nm 微孔
(＜10 nm)小孔
(10～100 nm)中孔
(100～103 nm)大孔
(10～105 nm)裂隙
(＞105 nm)总计 TL0 3.0925 1.6262 0.0196 0.0021 0.0002 4.7406 23.42 TL1 2.2311 1.1626 0.0195 0.0039 0.0004 3.4175 44.91 TL2 3.0805 1.4260 0.0253 0.0025 0.0003 4.5346 26.05 TL3 2.5684 0.9260 0.0251 0.0029 0.0003 3.5227 32.62 ![]()
图 7 实验煤样的比表面积分布Figure 7. Specific surface area distribution of experimental coal samples3. 讨 论
通过制作原煤、蒸馏水浸泡煤、酸液浸泡煤和酸液+气润湿反转剂浸泡煤４种柱状煤样，通过甲烷的等温吸附实验、XRD实验和高压压汞实验，进行对比研究，厘清了酸化−气润湿反转对煤体吸附特性的影响机制，得到以下几个基本认识。
1）酸化−气润湿反转降低了煤样的吸附性能
论文第３章的甲烷的等温吸附实验表明，经蒸馏水浸泡后，吸附常数a值小于原煤，而经酸液和酸液+气润湿反转剂浸泡后，吸附常数a值均大于原煤，这和蒋长宝等[12]的实验结果一致，说明酸化后随着煤中矿物质的酸蚀，促进了吸附性能的提升。酸液+气润湿反转剂浸泡后吸附常数a值小于酸液浸泡的煤样，说明气润湿反转剂的加入，整体上降低了煤对甲烷的吸附性能。正如引言所述，气润湿反转通过氟碳类活性物质在煤体表面的吸附作用，使煤体表面润湿性发生改变达到疏水的目的。由于气润湿反转剂分子在煤体表面的吸附，减弱了煤体表面对甲烷的吸附能力，这和LIU等[20]的测试结果一致，说明气润湿反转剂的加入降低了煤体表面自由能，整体会降低煤对甲烷气体的吸附性能。同时，气润湿反转剂会占据甲烷分子存在的空间，减小了甲烷分子在煤层孔隙中的吸附。
对于吸附常数b值，水侵煤样的b值增大，而酸化后煤样的b值均减少。产生该现象的原因是酸化后孔隙特征发生变化，酸化后大孔和中孔的比例增加，瓦斯扩散增多，导致煤样b值略有减小。吸附常数b值的变化与煤样在低压阶段的吸附机理和煤的孔隙结构变化有关，在此不做过多的讨论。
2）气润湿反转剂与酸液协同作用使煤中石英含量减少
通过XRD衍射实验可知，煤样经蒸馏水浸润湿后煤样中的矿物成分不变，但是经过酸液浸泡后煤样中绿泥石矿物消失不见，高岭石、伊利石和钙长石的成分明显减少，且出现了砷锰钠和钙锰硅合金等成分，这与倪小明等[7]的研究结论“酸化使煤中的碳酸盐矿物和硫化物减少最多，其次是蒙脱石、绿泥石和伊利石”相符。酸化时加入FS-3100气润湿反转剂后，石英含量也明显减少，充分说明酸液和气润湿反转剂协同与煤体发生了化学反应，对煤体孔隙结构产生影响。这是由于气润湿反转剂含有氟离子，可与酸液的氢离子结合，形成氢氟酸，从而与二氧化硅反应。
3）等温吸附特性改变的根源是孔隙特性变化
从高压压汞测试结果来看，水浸润湿后煤样在水楔作用下和干燥升温作用下，煤样孔容增加较大，而酸化煤样和酸化+气润湿反转剂煤样的孔容也大于原煤，虽然两种煤样也有水楔作用和干燥升温作用，但酸化产生的反应物在干燥时得以重新固化，整体减少了孔容。在实践中，酸化后应及时进行清洗，避免失水后重新固化。
4. 结 论
1）４组煤样经蒸馏水浸润、原煤、酸液+气润湿反转剂和酸液浸泡后的干燥煤样吸附常数a值依次增大，水分浸润降低了煤对甲烷的吸附能力，而酸化促进了吸附性能的提升，气润湿反转剂的加入又整体降低了煤对甲烷的吸附能力。
2）通过XRD衍射实验可知，煤样经蒸馏水浸润后其矿物成分不变，而酸液浸泡后煤样中绿泥石消失不见，高岭石、伊利石和钙长石的成分明显减少，且都出现了砷锰钠和钙锰硅合金等成分，加入气润湿反转剂后，石英含量明显减少，说明酸液和气润湿反转剂协同与煤体发生了化学反应，对煤体孔隙结构产生影响。
3）相对于原煤，蒸馏水浸润煤样、酸化煤样、酸化+气润湿反转煤样总孔容均增大，说明水楔作用和酸化作用均使煤的孔容增加。中孔以上孔径段孔容和比表面积增大，说明酸化使中孔、大孔及可见孔及裂缝增多。干燥后水浸润湿煤样的总孔容大于酸化煤样，说明酸化产生的反应物在干燥时得以重新固化，整体减少了孔容。
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图 2 实验煤样在30 ℃下的甲烷等温吸附线
Figure 2. Methane isothermal adsorption curve of experimental coal samples at 30 ℃
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图 3 实验煤样在30 ℃下P与P/X的拟合曲线
Figure 3. Fitting curve of P and P/X of experimental coal samples at 30 ℃
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图 7 实验煤样的比表面积分布
Figure 7. Specific surface area distribution of experimental coal samples
表 1 实验煤样的煤质特征
Table 1 Analysis results of experimental coal samples
煤样 Mad/% Aad/% Vdaf/% FCad/% Rmax/% 镜质组/% 惰质组/% 壳质组/% 矿物质/% TL 0.22 16.44 26.67 68.42 1.57 75.44 6.90 4.70 12.96 Mad为水分(空气干燥基)；Aad为灰分(干燥基)；Vdaf为挥发分；FCad为固定碳含量；Rmax为镜质体反射率 
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表 2 实验煤样在30 ℃下的甲烷吸附常数
Table 2 Methane adsorption constants of experimental coal samples at 30 ℃
煤样编号 a /(cm3·g−1) b/MPa−1 相关系数R2/% TL0 27.62 0.62 99.86 TL1 26.04 0.63 99.82 TL2 35.34 0.54 99.03 TL3 31.55 0.52 99.74
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表 3 实验煤样中矿物质成分
Table 3 Mineral composition of experimental coal samples
样品 矿物成分含量/% 高岭石 伊利石 绿泥石 钙长石 石英 砷锰钠 钙锰硅合金 TL0 76.26 14.53 2.14 4.65 2.42 0 0 TL1 76.11 14.81 2.01 4.67 2.40 0 0 TL2 64.12 12.59 0 3.91 2.32 7.38 9.68 TL3 63.47 11.97 0 3.74 1.86 8.64 10.32
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表 4 实验煤样的孔容分析结果
Table 4 Pore volume analysis results of four groups of coal samples
煤样 孔容/(mL·g−1) 微孔
(＜10 nm)小孔
(10～100 nm)中孔
(100～103nm)大孔
(103～105nm)裂隙
(＞105nm)总计 TL0 0.0056 0.0075 0.0011 0.0037 0.0099 0.0278 TL1 0.0040 0.0053 0.0014 0.0068 0.0208 0.0383 TL2 0.0067 0.0065 0.0015 0.0042 0.0145 0.0334 TL3 0.0044 0.0043 0.0016 0.0050 0.0134 0.0287
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表 5 实验煤样比表面积分析结果
Table 5 Pore-specific surface area distribution characteristics of coal samples
煤样 比表面积/(m2·g−1) 平均孔径/nm 微孔
(＜10 nm)小孔
(10～100 nm)中孔
(100～103 nm)大孔
(10～105 nm)裂隙
(＞105 nm)总计 TL0 3.0925 1.6262 0.0196 0.0021 0.0002 4.7406 23.42 TL1 2.2311 1.1626 0.0195 0.0039 0.0004 3.4175 44.91 TL2 3.0805 1.4260 0.0253 0.0025 0.0003 4.5346 26.05 TL3 2.5684 0.9260 0.0251 0.0029 0.0003 3.5227 32.62
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