中高阶烟煤对甲烷的吸附-解吸特征研究

1、 西安科技大学硕士学位论文中高阶烟煤对甲烷的吸附/解吸特征研究姓名：刘胖申请学位级别：硕士专业：矿产普查与勘探指导教师：马东民 论文题目：中高阶烟煤对甲烷的吸附/解吸特征研究专业：矿产普查与勘探硕 士 生：刘 胖指导教师：马东民（签名）（签名）摘 要 一，人们都比较重视煤层气。随着煤层气工业，煤层气开采遇，人们才逐渐把焦点集中在煤层气解特征。中高阶烟煤变质程度较高、含气量大，是煤层气开发采集了 20个煤样，以期获得该变质阶段煤孔隙结是煤具有，所以笔者从我国中高阶烟煤矿区/ 解特征。，物质成分是孔隙结，因此它是间接原因；要想弄清楚煤对甲烷/解征，就要对这两方面因素进行全面分。成分、工业成分成分方

2、面定；通过液氮样孔隙结方面、压汞实验等方法测量了孔径、孔容、孔比表面积、孔隙度等煤；利用高压容量法对煤样进行了/ 解实验，获得了与解得过实验数据，并按照质量守恒原理对过）。附量进行了，（绝对笔者将 Langmuir，将其Langmuir解。Langmuir，用 Langmuir解，与解R2都达 99%以上。笔者在 Langmuir 解式c、理论解 、理论解 1-Langmuir体积VL ，基础上，提出了理论解详细分。笔者解c结：在中高阶烟煤中，煤变质程度、镜质组含量、固定碳含量、微孔孔容是促；而煤平衡水分含量、灰分含量、孔隙比表面/ 解没有明显关系。进甲烷甲烷解积以及小孔、中孔、大孔则与甲烷关

3、 键 词：中高阶烟煤；Langmuir；Langmuir解；理论解；理论解；理论解研究类型：应用研究 Subject: A Research on the Methane Adsorption/Desorption in theMid and High Rank BituminousSpecialtyName: Mineral Survey and Exploration: Liupang（signature）_（signature）_Instructor : Ma Dong minABSTRACT People are more concerned about the study of co

4、albed methane adsorption characteristics for a lang time.With the formation of coal-bed methane industry,many problems of coal-bed methane extraction have been encountered,it is only then people gradually to focus on desorption law research.Mid and high rank bituminous which at the high rank of coal

5、 and has high potential for large gas is the preferred zone for coalbed methane development,so the author collected 20 coal samples in the mid and high rank bituminous coal mines to obtain the adsorption/desorption characteristics of coal in this rank. The pore structure is the direct cause of coalb

6、ed methane adsorption characteristics while material components is the carrier of the pore structure,so it is the indirect cause of coalbed methane adsorption.Tt is necessary for both comprehensive analysises of the pore structure and material components to clarify the features of methane adsorption

7、 and desorption in coal.The identification of coal substance characteristics which include the microscopic and industrial components are made in this paper.The pore structure characteristics of the coal sample which include the pore size, pore volume, pore surface area and porosity are determination

8、ed by liquid nitrogen adsorption and mercury injection experiment.The adsorption/desorption experiments are made by the method of high-pressure volumetric and the excess data of adsorption/desorption which then been corrected into corrected adsorption (the approximation of absolute adsorption)by mas

9、s conservation principle were got. The Langmuir adsorption equation was named Langmuir desorption equation after been transformed. In this paper, the data of adsorption was fitted by Langmuir adsorption equation and the data of desorption was fitted by Langmuir desorption equation.Both the square of

10、correlation coefficient R2 of adsorption data and desorption data were up to 99%.The orther proposed three concept which include theoretical desorption residue c,theoretical desorption rate ,theoretical desorption residue rate 1- in the base of Langmuir desorption equation.The author analyzed the ef

11、fect of material composition and coal pore structure on Langmuir volume VL and theoretical desorption residual c.The results showed that it is metamorphicgrade,Vitrinite content,fixed carbon content and millipore volume of coal that promote adsorption andobstruct desorption while equilibrium moistur

12、e content,ash content,pore surface area,and Pore volumes ofmicropores,mesoporous,macropores have no obvious effect on methane adsorption/desorption.Key words : Mid and high rank bituminous Langmuir desorption equation Langmuir adsorption equation Theoretic residue of desorption Theoretic residue rat

13、e of desorption Theoretic rate of desorption Thesis: Application 1前1 前言世界上、石油、天然气等常规，而源是地质历，能源问题史时期不可再生，所以这些。随着石油紧张，世界各国之间已经成为、甚至爆发了战争，因此在。在我国，煤炭主要用为工农业提供燃料；石油大部分被用；天然气即做气体，又做城市生活燃料。我国是一个富煤、贫油气国，所以民用燃料需求，而。我国供给能，如不可预知，不能再获得进口石油，那么国家将进入半瘫痪。随着常规，新能源了世界各国题，也成了广大科技工作者们，正是在这个时候，一层气进入了人们。煤层气会随着煤炭，可引发煤与瓦斯突

14、出及瓦斯爆炸事故。为了尽量减少煤层气对采煤过程造成，我国煤炭企业将采煤过程中产生，而排放室效应，因此在过去，煤层气一。忽如一夜春风 ，煤层气与人类，并成为了一种备受关注源。煤层气属于非常规天然气，是煤系地层中以腐殖质为主，并主要以（煤层、炭质页岩、泥岩等）中燃气体，其主要成分是 CH4，还有少量 CO2、CO、SO2及 NxOy等气体，由此可见，煤层气是一种优质、洁净、高效 燃料。据专家预测，煤层气将是 21 世纪新兴源，其21 世纪接替常规天然气现实13。我国丰富，据最新一轮全国煤层气（2005年），全国煤层埋深 2000m 以浅36.811012m3，其中可采10.871012m3，约占世

15、界煤层气13%，居世界45。在采煤之 ，将丰富煤层气抽采出民，既可消除采煤业带。在我国广阔，星罗棋布聚煤，而且着不同聚煤期，因此煤成分很复 ，变质程度也有很大差别，低阶煤、中，一般不被纳入煤阶煤、高阶煤都有分布。我国层气，而高变质中阶煤，是煤层气1 西安科技大发。晋城，这里；而大部分高变质中阶煤至低变质，即中高阶烟煤层中采。学：我国关外，最主要。中高阶烟煤占我国煤炭，主要存在于华煤层以及华南聚煤区、西含量高，开发潜、西南聚煤区，这些煤层，是煤层气。为了明确这些聚煤区内煤层气附/解征，笔者借973煤层气项，在这些聚煤区采集了 20个煤样，进行了深入世界各国。，并得出了许多经典，在最近一二十年。论

16、，煤层气，具有气固，人们都坚定以，所以只注重，而解；实际上，有处，所以煤层气中。由于气固/解，所以先回顾一下气固。附作用发展至今，然后介绍一下煤层气1.1气固吸附作用研究现状1.1.1吸附的相关概念（正，一般意义上，不同）或，所贫 （负归纳，并将同）6，这个定义是对气、固、液三态物质之间。具体，导致正以：将正，负。气，在界面处富集，（煤层气分）与煤粒之间附质，在煤粒表面被（，煤粒（固 ）被称为，甲烷（气）被称为甲烷分子。）或物质，所以。线描述，函数关系。不同，从而存在7。不同类型，2 1前继而产生不同，这是。如之间是通过分子间引 （即范德华 ，、偶、四）而产生，称为物理。；如，生成附，称为温度

17、以下，在，反之称为。1.1.2吸附理论的发展概况不同固体、孔隙结 差异很大，不同气体，所以气体在固体表面Deming、Teller通过分。Brunauer、-固类8。后 Sing又发现了一种阶梯型9，1985 年 IUPAC 将所有六类等温线统一10，这样就有了六种不同类型（图 1.1），实际中是这六类等温线。为了描述这六类，、模型。010101010101 P/P0图 1.1 不同类型（IUPAC，1985）（1）Henry当M与平衡压 p满，：M = kp（1.1）式中：kHenry常数。任何等温线在低压时都接近，都近似符合 Henry。Henry验各种，在低压下，只有能回归Henry，才

18、可以在实际。中应用。Henry（2）Freundlich3 西安科技大FreundlichHenry，其表达式为：M = kp1 n（1.2）式中：n表示。常数 n一般在 23之间；当温度升高时，n接近于 1，就过渡成了 Henry（3）Langmuir理论。Langmuir11在 1918年提出了 Langmuir理论，该理论假设：；被不存在径向；，被；解 速率。Langmuir1.2所示：图 1.2 Langmuir单分子层，塑造了理想状态下式：Langmuir在多重假设，并推导出了形式简单LangmuirA = abp /(1+bp)（1.3）式中：A，ml/g；a单分子层饱，ml/g；

19、b与关。Langmuir方程具有 I型等温线，因此能够很好开放表面 微孔。Langmuir方程所描述，假定表，面只存在一种，但附质分子并不是，而只是，产生特异，所以现实中没有任何一种表面能够满能够在宏观上体现（4）BET；但是 Langmuir方程有坚实，所以应用很普遍。Langmuir 单分子层E1EnI型等温线；而多分子层II型等温线，E1En，。1938年，Bruauer、II型等温线。12Emmet、Teller 将 Langmuir扩展BET方程首先沿用了 Langmuir方程设，即：，定位，被；同时提出，第二层以及更高层，第二层以上解 速率常数之比为定值，当压附层数为无穷多。这个理

20、论适用于，表面子间，但比 Langmuir 理论（大多是。图 1.3是 BET多分子层）能够描述，模型4 1前能，0、1、2、i层分子s0、s1、s2、si。在第一层，与 Langmuir理论，达，空。第二层（没有被占领）上，在第一层（即第二层）等于第二层（即第二层）。从第二层开始，附分子与已，表面附层数为无限大，则。i=5i=4i=3i=2i=1s0=1 、s1=1 、s2=1 、s3=3 、s4=1 、s5=3图 1.3 多分子层BET方程最重要积13，其方程如下：nCPm = (P（1.4）n0 P)1+ (C 1)(P / P )0式中：n，ml/g；nm单分子层饱，ml/g；C与。气

21、固作用C，随着 C值，BET方程所描述II型向III型过渡，C=2为转换（5）14。1914年，Polanyi在热15。Polanyi认为，固体表面就像行星，对附近，形成多分子层同之处，但是 附附（如图 1.4）。，是BET 理论。固体，、表面结关，而且受等位面与固体表面间零。处于，随，至无限远处，场强为，称为。，使，甚至产生凝聚或。中 密度大于体，而且16。5 西安科技大图 1.4能模型（6）微孔填充理论由于微孔大，所以研究者对微孔作。代表性Dubinin学派17孔填充理论，该理论又被称为 Dubinin-Polanyi附行为是孔填充，而不是 Langmuir、BET 等理论所描述，他们将，

22、创立了微。该理论认为：微孔内气体，在微孔中，被填充（），在色散中，该特征曲线具有温度不变性。1947 年 DubininRadushkevitvh 通过对大量实验数据进行分 ，推导出了微孔填充理论所描述 特征曲线方程即著名 DR方程：2 A = exp E （1.5）式中：=W/W0为微孔填充率；W；E0参考流体 ，亲DR 方程能够很好；W0微孔体积；E=E0为特征。，却不能很好，于是 Dubinin学派对 DR方程进行了改进，推导出了 DA方程：n A = exp E （1.6）DA 方程与 DR 方程(A/E)2该为(A/E)n，Do18认为 n 可以作为表征。在压，这两个方程都不能回归

23、亨利式，因此 Dubinin指出微孔填充理论仅适用于填充率 0.15。1.2煤层气吸附/解吸研究发展概况煤层气/解始于 20世纪 60年代，当时/解 。21 世纪以 ，煤层气开采过程中于评价浅部低压煤层中6 1前附/解 问题，于是我国学者对、温度、气体种类及煤质等对煤。刘红 ，王红岩，张建博等探讨了煤岩与煤级、煤灰分、煤岩组成、解，结，煤岩组成大19。辜敏，陈昌国，鲜学福等在利用扩展 Langmuir程中，结 表明多组分气体间具有竞争，混合气各组分含量密切20。蔺金太，郭，但在煤层，二氧，指出，在煤岩中甲烷、二同，甲烷氧附可使用 Langmuir年至今，张新民教授等申请础理论及BET21。20

24、02973煤层气项，。/解 取得了一些共识：煤层气在煤中Langmuir 模型所能描述 I型等温线，Langmuir 公式可以定量描，Langmuir体积 VL代表最大附，述。界气体压，实验测得不再是压，而是存在一个最大值，最大值以后，随着压，反而下降，压，22。煤层气。，事实上，人们也已经得（Langmuir 公式）几乎都是用线 ；因此，如何用现有关于。，可以从 Gibbs对中去理解。Gibbs 认为：（或，其）中，不能全部算作“”，其中按主体气无关。因此，对于单位质量n：n = va ( a g )（1.7）式中：n实验测定量，有时特指为“过”；nt“绝对；g主体气”，也就是固体度。；va

25、；a其中，即： a = nt /van = nt va g（1.8）因此（1.8）式亦可写作：（1.9）气体在其临界点以下蒸汽，在亚临界，临界压蒸汽最高平衡压 ，在临界压a g，从式（1.7）中可以，7 西安科技大此时无需区分过量，或者说二者。在，va值必然很小，所以 n与 nt；随着气体压va先快速增 ，然后逐渐变缓并 ，这样就导致了式（1.9）右端第一项度先小于第二项，然后是等于最后是小于。，其，所以在一定压，继而测定必然随气体压 （或主体气）。通常都是单调增 ；绝对是过，所以 nt总是单调增函数；亚临界蒸汽一般也是近。从上面，而如似于单调增 ，所以可以用等温线方程很好以知道：由于，就可以

26、利用式（1.9）求出绝对nt。在学技，所以很多学者都试图通过间接。天津大学去测量，但是至今也没有一种比较理想由过2324。教授求出，但是该方法主要基于实验数据，物理意义并不明确。，并在，煤层气解们都认为煤层气解。随着研究，人们发现煤层气，但存在着差异，逆过程。西安科技大学 马东民25利用自行设计 AST-1000型煤层气/解 测定仪做了大量解/解，结：解。煤层气程，如何对解，没有一种被公众认可。针对如何通过求得（绝对值），提出了大胆，并进行了研究与论证。1.3研究内容对我国部分中高阶烟煤进行了物质成分、孔隙结 、/解 等方面，并将各实验结，讨论了中高阶烟煤对甲烷/解 特征，具体内容如下：（1）

27、对煤样进行显微煤岩分 、Ro,max测定、工业分 ，借此研究煤样物质成分方面；（2）对煤样进行液氮分 、氦孔隙度测定、压汞分 ，借此研究煤样 孔容、比表面积及孔径大小分布、孔容分布、比表面积分布、孔隙度等孔隙结；（3）对煤样进行等温/解 实验，计算过，并对过获得（绝对）；8 1前（4）用 LangmuirLangmui体积 VL、理论解（5）对影式拟合，用 Langmui解 式拟合解c、理论解 ；/解 特征，并求取结因素进行分 。1.4研究方法和技术路线1.4.1通过，获知煤层气最，采用手段20个煤样。：显微煤岩分 、Ro,max测定、工业分 、液氮据处理时，先假设过、氦孔隙度测定、压汞实验、

28、甲烷/解 实验等。在进行数；继而应用质量守恒定律对；最后将实验测定；然后再对样成分、孔隙结 及拟合/解 数据结合，综合分 。1.4.2技术路线图 1.8 论文9 西安科技大1.5论文的主要工作量（1）20个煤样（2）将 20个煤样（3）20个煤样（4）20个样；6080；煤岩分 、Ro,max测定、工业分 ；分 、氦孔隙度测定、压汞分 ；/解 试验。（5）对 20个样10 2煤2 煤样物质成分特征大量：煤中既含有多种无，又含有分子量大小不等物，可见煤是一种成分物兼有，这些纷繁复现为煤对煤层气。无，小分子与大分子，在宏观上就表征。煤是由植物遗体在地质历史中，经过各种不同类型，随热变质程度，现今，

29、再原始沉积环境与沉积物质在显著差异。，就造成了不同地区、结实验煤样 最大镜质组反射率 Ro,max 分布在 1.39%2.48%之间，而 Ro,max=1.3%Ro,max=2.5%分别是煤，这两次煤。在这一变质阶段，煤中氢侧链大量缩短、大量减少，甲烷大量逸出；在地层压，煤逐渐减小，水分逐渐减少，Ro,max=1.7%时，水分、孔隙度最低值，随后由于成分 孔隙结，水分含量又有所回升；可见，中高阶烟煤也是物质。2.1显微煤岩分析煤中，随着煤，而发生不可逆转、生物等变 。在泥炭，主要质形成腐殖酸；在硬褐煤阶段，已形成（-OH）（-COOH）等官能团，转变为腐殖质。煤中腐殖质为一种带有众多官能团，在

30、低煤，煤中，而且是随，是由大量富氢官能团、富氧桥以及脂肪族侧链支撑。在煤，芳环层逐渐脱去羧基（-COOH）、羟基（-OH）、甲氧基（-OCH3）以及羰基（-OC-）等官能团，同时芳环层逐步增大，并最终变成石墨。由此可以变，不管是，随着变质程度 增 ，有，所以 Ro,max就成了分变。不同植物或植物，它们在煤形成三种类型显微煤岩组分，即：镜质组、惰质组、壳质组。镜质组、茎、叶、根等部位，由植物、转变而成，惰质组则由木质纤维组织在泥炭沼泽中经丝炭，壳质组是由植物残体中，如孢子、。煤就是由这三种有 显微组分11 西安科技大。镜质组是还原环境，惰质组是氧，先期形成 部分惰质组可以在后期，壳质组一般含量

31、甚微，所以镜质组是煤有别，而且在成煤过程中炭有 显微组分。这三种有所经受也不同，这就造成了各显微组分差异，而这种差异必然会在煤/解 作用中有所表现。，其中。显微组分不但物质属性不同，其内部更负载了不同 孔隙结 ，确定了各种显微组分煤样孔隙结分 与镜质组最大反射率，详细内容列于表 2.1。，更有利于研究/解。，测定结表 2.1 显微煤岩组分含量表Ro,max% 镜质组%惰质组%壳质组硫酸%粘土类%碳酸%煤样%0伊 111.391.421.441.471.481.531.541.711.741.741.841.871.902.132.372.372.392.452.462.4836.7947.86

32、51.9256.3649.148.1134.1834.6221.8118.24.718.541.936.3722.271.852.801.552.672.383.331.781.611.962.682.915.821.943.854.323.774.273.845.546.175.563.742.335.356.357.433.577.258.823.573.886.795.835.775.176.625.157.699.924.261.865.613.101.813.171.652.693.242.955.375.874.872.916.731.740乌 120090874.0751.407

33、0.5460.9253.1770.2468.7573.3869.5874.116.6636.4522.4829.2534.1217.3523.2114.5216.6914.2815.5317.5020.3914.4213.210伊 2平 1平 220000.810130206040571.8165.0268.9369.2375.56070103010012 2煤80706050403050403020101.41.61.82.02.22.42.61.41.61.82.02.22.42.6Ro,max/%Ro,max/%图 2.1 镜质组与 Ro, max图 2.2 惰质组与 Ro, max40

34、30201001.41.61.82.02.22.42.6Ro,max/%图 2.3 无Ro, max图 2.1 中，镜质组含量与 Ro,max成正，说明随着变质程度，应该有，说明部分惰质组会逐渐转变成镜质组。图 2.2 中，惰质组含量与 Ro,max成负惰质组在还原环境下会逐渐分解；而部分分解产物应该是形成了镜质组，这应该是两者。图 2.3中，随着 Ro,max少，然后缓慢增，这可能是因为低变质阶段部分可溶压实收缩而随流体排出煤层，而在较高变质阶段无基 固，随着煤，无含量反而会慢慢增大。因此，可以认为：有组有互补关系；无然后有略微增中是煤，惰质组会逐渐减少并与镜质是煤中，其含量会随着 Ro,m

35、ax减少，。13 西安科技大2.2工业分析煤，是确定煤成分最基，它是在规定，将煤 成分近似分为水分、灰分、挥发分法。表 2.2是工业分。表 2.2 工业分Ro,max%工业分/%煤样水分18.1421.786.6619.620.840.6016.200.880.780.721.401.581.182.541.161.361.191.181.961.64灰分挥发分29.3937.3436.4439.1521.6733.6635.3630.1022.5131.2310.4310.6711.265.68固定碳46.0934.8352.0634.8453.3655.9345.0358.4662.664

36、3.4681.2579.8980.6079.8784.2183.1461.5567.5伊 111.391.421.441.471.481.531.541.711.741.741.841.871.902.132.372.372.392.452.462.486.386.05乌 124.486.39924.139.818伊 2平 1平 223.4110.5614.0524.596.92137.8626.96611.918.7645.87510.2222.4915.528.645.28714.1115.805.811383.5980.86109.887.6214 2煤25201510545403530

37、25201510501.201.21.41.61.82.02.22.42.61.41.61.82.02.22.42.6Ro,max(%)Ro,max(%)图 2.4 水分含量与 Ro,max图 2.5 挥发分含量与 Ro,max302520151059080706050403001.21.41.61.82.02.22.42.61.21.41.61.82.02.22.42.6Ro,max(%)Ro,max(%)图 2.6 灰分含量与 Ro,max图 2.7 固定碳含量与 Ro,max煤中水2627：游离水是煤内部毛细管面附着；。游离水又分为外在水分。外在水分以内在水分。外在水是附着在煤，仅与外界

38、，而与煤质。把煤放在空气中干燥时，。内煤，蒸发在水是煤度才能失去。煤内在水分是影煤，在常温下这部分水不能失去，只有，小毛细管愈多，内在水分也愈高。在煤，工业分，。2829：低煤团多、结、大孔众多、毛细管发达，内在水分含量高；随着煤演，大孔受物理压实而破碎，水分排出，使得原生孔隙减少，内在水分降低，在肥煤与焦煤变质阶段，内在水分达（小于 1%）；随着煤演继续增 ，微孔数量逐渐增 ，内在水分又有所增 ，可达4%左右。从图 2.4中可以，Ro,max在 1.3%1.6%之间时，水分含量急1%左右；15 西安科技大Ro,max在 1.6%1.8%之间时，水分含量缓慢增2.5%左右；Ro,max在 1.

39、8%2.5%之间时，水分含量略微有所增 。由此可见，煤样变与煤最高内在水分与煤具有高度。原始成煤物质是带有众多官能团，在煤，芳环逐渐脱去羧基（-COOH）、羟基（-OH）、甲氧基（-OCH3）以及羰基（-OC-）等官能团以及侧链，脱去大 芳环（挥发分），留下，所以变质程度，其挥发分。从图 2.5中可以，随着 Ro,max分含量。Ro,max在 1.39%2.48%区间内，挥发分内 煤40%降低 5%左右，如此之大，说明在这个变质阶段是很快煤沉积质共同煤；成煤期后，富含矿物质。从图 2.6 可以，灰分含量随着 Ro,max，说明煤中中，只是随着小分子流体，灰分在煤。随着煤增 ，煤中；而芳香环，所

40、以变质程度Ro,max并最终高，变成石墨。固定碳其固定碳。从图 2.7 中可以，固定碳而，Ro,max在 1.39%2.48%，固定碳35%增85%左右。2.3小结（1）煤煤岩组分主要是镜质组，其次是惰质组，壳质组含量甚微或不煤岩组分主要是硫酸 、粘土类、碳酸 等，并且其含量远远小于有含；无微煤岩组分；（2）随着变质程度含量逐渐减少并有向镜质组转，镜质组，这两者出明显，而无 显微煤岩组分含量则先迅速减小，然后又有少量增 ；（3）随着变质程度 增逐渐降低，灰分含量有缓慢增，固定碳含量逐渐增 。16 3煤3 煤样孔隙结构特征煤层是一种具有双重孔隙系统-裂隙型储层，煤储层（图 3.1），孔被认为是：

41、裂隙将煤划分为若干基质块，每个基质块中隙是煤层中气体储存结；裂隙是煤层中流体（气体）渗流。双孔隙，这种属性决定了煤层气、解 、扩散、渗流等。图 3.1 煤储层理想几何模型成煤植物，煤层，所以煤。成煤过程中，在生物作用用下，煤释放出大量气孔是煤中必然存在而形成气孔。与成煤植物，这些孔多以圆形、椭圆形等形式出现；而煤中其他成因。中高阶烟煤是处于大量生气阶段是或然存在，这些孔，所以那些与成煤植物中高阶烟煤中。3.1煤孔隙大小分类由于煤中孔隙，需要将大小不等进行一定，才能应用。IUPAC对固体表面细孔，它将孔径：微孔，孔径50nm，Fe3O4、硅藻土等含此类孔。与一般，煤大小差别，从最小为纳米级，为毫

42、米级都有分布，如IUPAC 方法划分煤，为了体现煤17 西安科技大各种特性，很多学者提出了自己。30在工业在煤层中了煤孔径大小，这一方案还有，其划分细则是：（1）微孔，其；（2）小孔， 为 10100nm，它小于 10nm，它结；（3）中孔，为 1001000nm，它区域；（4）大孔，及裂隙，为 1000100,000nm，它100,000nm，它；（5）可见孔。因此，煤层气流，煤层气孔，即大孔，而煤。张红日等 31，将煤孔隙分为渗透孔（ 50nm）（50nm）；傅雪海等3275nm。笔者认为霍多特对孔径，所以通过孔隙，认为渗流孔，用其描述煤这种孔径大小差别，我国研究者也多引用霍多特。3.2煤

43、样孔隙结构表征孔径大小及分布、孔容及其分布、比表面积及其分布等孔隙结 特征，是人们通常认为 固体主要因素，气体用 方法。在应用气体，一般按照 IUPAC为微孔、中孔、大孔；其中，液氮、中孔、及部分大孔，其测出微孔 径可达 0.16nm33，压汞法是大孔分，也是中孔分 中仅次于7.5nm34，这两种方法能液氮，压汞法测试煤样孔测量3.2。图 3.2 液氮液氮孔隙结 研究，由于煤这种18 3煤隙形态多种多样，为了便于进行数学表达，需要假定各种规则几何形状模型，圆筒等效模型法征法。由于中高阶煤处于含有大量圆形气孔，所以圆筒等效模型。3200nm，压汞法12.6126000nm。3.2.1低温氮气因其

44、易获得性，成为最常用，甲烷在煤表面达P/P0）。低温液氮于亚临界，在温度时，（平衡压P 与饱P0。氮气在煤孔隙内先发生孔壁上逐步增，随着氮气，除气体在各孔壁，当，还发生毛细孔凝聚现象。半径，随着氮气，半径较大。当被凝聚液充满，而半径更大一些，孔壁1时，所有孔都被充满，并且在一切表面上都发生凝聚。在实际操作中，将境下。通过不断增罐至于装满液氮，使罐保持在液氮P/P0（从 0 增至接近 1），P/P0下样氮气压。P/P0在 0.050.35 范围内，可以视为只发生了孔隙壁上，利用这一；在整个实验压算不同孔径下。将实验测定出带入 BET 方程，可以计算出单层饱，进而得出分子个数，采用表面密排六方模型计算出氮气分子等效最大横截面积，即可求出被测样。Vm（BET）如下：p1+ C 1 p / p 0=（3.1）V (p 0 p) VmC V Cm式中：V 为；Vm为单分子层；P/P0为 N2；C 为第一（3.2）层，是与凝聚热有关常数。比表面积计算公式为：= Vm N A AmsBET101822400W式中：SBET是 BET 表面积；NA是阿伏交叉截面面积，对于氮 Am=0.162nm2；W是；Am是每个。，从而建立了毛细凝聚模型。由毛细凝聚理论可知，在不同P/P0下，能够发生毛细凝聚，随着 P/P0，