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及周世宁教授的研究表明:瓦斯在煤层中的流动主要是层流渗透运动和扩散运动,其中前者基本上服从Darcy渗透定律,且主要发生在煤体大孔和微裂隙中;后者则基本上服从Fick扩散定律,且主要发生在煤体微孔隙之中。因此,瓦斯在煤体中的运动可以认为是一个扩散渗透的过程。
22煤的吸附理论及煤层瓦斯含量221瓦斯赋存状态
煤中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态两种。固体表面的吸附作用可以分为物理吸附和化学吸附2种类型,煤对瓦斯的吸附作用是物理吸附,是瓦斯分子和碳分子间相互吸引的结果,如图21所示。在被吸附的瓦斯中,通常以将进入煤体内部的瓦斯称为吸收瓦斯,把附着在煤体表面的瓦斯称为吸着瓦斯,吸收瓦斯和吸着瓦斯统称为吸附瓦斯。在煤层赋存的瓦斯量中,通常吸附瓦斯量占8090,游离瓦斯量占1020;在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数。在煤体中,吸附瓦斯和游离瓦斯在外界条件不变的条件下处于动态平衡状态,吸附状态的瓦斯分子和游离状态的瓦斯分子处于不断的交换之中;当外界的瓦斯压力或温度发生变化或给予冲击和振荡、影响了分子的能量时,则会破坏其动态平衡,而产生新的平衡状态。煤是一种多孔介质,煤体吸附瓦斯是煤的一种自然属性,煤体表面吸附瓦斯量的多少,与煤体表面积的大小密切相关,而煤体表面积的大小则和煤体孔隙特征有关。因此,煤体孔隙特征对吸附瓦斯有重要的作用。53124
1游离瓦斯;2吸附瓦斯;3吸收瓦斯;4煤体;5煤中孔隙图21煤体中瓦斯的赋存状态
222煤的吸附性及其影响因素分析
煤之所以具有吸附性是由于煤结构中分子的不均匀分布和分子作用力的不同所致,这种吸附性的大小主要取决于3个方面的因素,即:一是煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度;二是被吸附物质的性质;三是煤体吸附的环境条件。由于煤对瓦斯的吸附是一种可逆现象,吸附瓦斯所处的环境条件就显得尤为重要。煤中吸附瓦斯量的大小主要取决于煤化变质程度、煤中水分、瓦斯性质、瓦斯压力以及吸附平衡温度等。
f1瓦斯压力。实验研究表明:在给定的温度下,吸附瓦斯量与瓦斯压力的关系呈双曲线变化,如图22所示,从图中可以看出:随着瓦斯压力的升高煤体吸附瓦斯量增大;当瓦斯压力大于30MPa时,吸附的瓦斯量将趋于定值。2吸附温度。目前的实验研究表明:温度每升高10C,煤吸附瓦斯的能力将降低约8。其原因主要是:温度的升高,使瓦斯分子活性增大,故而不易被煤体所吸附;同时,已r
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