煤层气解吸滞后定量模型：特征、机制与应用

本文主要探讨了煤层气解吸过程中的一个重要特性——解吸滞后现象，并提出了一种定量分析模型来深入理解这一现象。解吸滞后是指在煤的吸附和解吸过程中，由于煤的物理化学性质，导致吸附和解吸速度不匹配，出现时间上的差异。研究者亓宪寅、杨典森和陈卫忠借鉴了"墨水瓶"理论，这是一种用于描述动态系统行为的简化模型，通过引入滞后因子α来量化这种滞后效应。 在煤吸附-解吸模型中，滞后因子α起到了关键作用，它反映了煤的吸附和解吸过程中的质量变化滞后。模型着重于描述吸附过程中的质量积累和解吸过程中的质量释放之间的不一致性，以及这种滞后如何随煤阶（煤的成熟度）的提高而增加。煤阶越高，α值越大，解吸滞后程度也就越显著。 文章还提出了一个考虑煤基质吸附-解吸过程孔隙率变化的扩散方程，扩散系数在此方程中直接体现了吸附-解吸过程的时间异步性。扩散系数在吸附阶段随着时间的推移逐渐减小，这与吸附速率同步降低；而在解吸阶段，扩散系数会随时间增加，对应着解吸速率的提升。这种扩散系数的变化趋势与实验室实测数据一致，证明了模型的有效性。 作者使用Comsol计算平台进行数值求解，通过对比不同煤阶的等温吸附实验数据，验证了滞后的α值是合理的。模型不仅能够定量描述解吸滞后现象，还能分析其在时间上的变化规律，这对于优化煤层气开采和利用策略具有重要意义。 这篇论文通过对煤层气解吸滞后现象的深入分析，构建了一个定量分析模型，为了解决实际生产中的解吸效率问题提供了科学依据，对于提升煤炭资源的有效利用和环境保护具有重要的理论价值。