煤层残留气解吸：组分体积分数的精细变化研究

本文详细探讨了煤层残留气在解吸过程中的组分体积分数的精细变化，通过对织纳煤田9个煤矿和钻孔新鲜无烟煤样本进行三阶段、九小阶段的精细解吸实验，研究发现了解吸过程中各气体组分的变化规律。 在解吸实验中，残留气在粉碎阶段释放出的气体体积最大，这表明大部分气体储存在封闭孔隙中。甲烷、二氧化碳、一氧化碳和乙烷在粉碎脱气阶段的体积分数最低，呈现"V"型三段式变化，这种模式可能是因为在粉碎过程中，这些气体首先从煤体中释放出来。相反，氮气的体积分数在粉碎阶段最高，其变化趋势呈反"V"型，这可能是因为氮气在煤孔隙中的吸附力相对较强，因此在初期释放较少，随着解吸过程的继续，才逐渐脱附。 在后续的加热脱气阶段，各组分出现了明显的分馏效应。二氧化碳、一氧化碳和乙烷的体积分数逐级增加，而氮气和甲烷的体积分数则呈递减趋势。这一现象暗示着不同气体组分对环境温度的响应不同，以及它们在煤基质孔隙中的吸附能力差异。较低吸附能力的组分如二氧化碳、一氧化碳和乙烷在较低的温度下就能解吸，而吸附能力较强的甲烷和氮气需要更高的温度（如90~95℃水浴加热）才能驱动其解吸。 研究进一步指出，这种组分分馏效应是由环境温度和各组分的吸附性能差异引起的。在常温脱气结束后，吸附力较强的组分仍然保留在煤基质孔隙中，直到达到特定的高温条件才会被有效地驱赶出来。这项研究对于理解煤层气的形成机制、预测解吸行为以及优化煤层气开采技术具有重要的理论与实践意义。 关键词: 无烟煤、残留气、解吸过程、组分体积分数、精细变化 中图分类号: P618.11 文献标志码: A 收稿日期: 2013－05－06 责任编辑: 韩晋平 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目(40730422)、国家科技重大专项资助项目(2011ZX05034)、山西省煤层气联合研究基金资助项目(2012012001) 作者简介: 陈义林(1985—)，男，福建云霄人，博士研究生。E-mail: 1chenyilin2@163.com