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煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响研究
被引量：
5
1
作者
周晋辉
郭晓阳
+4 位作者
赵博
金智新
邓存宝
刘继勇
王蒙
《矿业安全与环保》
CAS
北大核心
2024年第1期51-60,69,共11页
为了探究煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响规律,选取沙曲一矿6组煤岩样,通过工业分析、X射线衍射、扫描电镜与能谱分析、低温氮吸附、计算机断层扫描,以及煤岩甲烷吸附实验,分别研究煤岩样微观组分、孔隙结构特征对甲烷吸附...
为了探究煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响规律,选取沙曲一矿6组煤岩样,通过工业分析、X射线衍射、扫描电镜与能谱分析、低温氮吸附、计算机断层扫描,以及煤岩甲烷吸附实验,分别研究煤岩样微观组分、孔隙结构特征对甲烷吸附的影响。研究结果表明:煤样和岩样无机组分质量分数分别为15.82%~20.93%、90.80%~94.68%,均以石英和黏土矿物为主;岩样BET比表面积为3.32~8.70 m^(2)/g、吸附孔体积为0.0095~0.0191 cm^(3)/g,均大于煤样的BET比表面积和吸附孔体积;岩样孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度略大于煤样的孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度,与黏土矿物含量高有关。煤岩样甲烷等温吸附曲线均符合朗格缪尔模型,可用极限吸附量V_(L)和朗格缪尔压力p_(L)描述吸附规律;相同吸附温度下,岩样存在一定的吸附性,煤样吸附性远大于岩样。分析得出,煤岩样的有机组分含量、黏土矿物含量、表面分形维数、比表面积和吸附孔体积对甲烷吸附过程V_(L)、p_(L)影响显著。基于多元线性回归分析了5种因素对甲烷吸附规律的影响关系:有机组分含量高、比表面积大的样品CH 4分子极限吸附量V_(L)越大,而黏土矿物含量高不利于吸附甲烷;吸附孔体积越小、黏土矿物含量越高、比表面积越大,朗格缪尔压力p_(L)越大。
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关键词
煤岩体系
微观组分
孔隙结构
甲烷吸附
朗格缪尔模型
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职称材料
煤系灰岩物化结构对瓦斯吸附特性的影响机制
2
作者
郭晓阳
刘一佳
+5 位作者
邓存宝
徐家骅
朱仔
崔泽琛
曹景夏
宋留妮
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期170-176,共7页
为阐明分子结构和微观孔隙对煤系灰岩瓦斯吸附的影响机制,综合采用元素分析、化学检测、孔径分析、CT测试、瓦斯吸附实验和量子化学计算等方法表征灰岩物化特性,构建并优化分子结构,研究瓦斯吸附性能。研究结果表明:煤系灰岩含有较多C...
为阐明分子结构和微观孔隙对煤系灰岩瓦斯吸附的影响机制,综合采用元素分析、化学检测、孔径分析、CT测试、瓦斯吸附实验和量子化学计算等方法表征灰岩物化特性,构建并优化分子结构,研究瓦斯吸附性能。研究结果表明:煤系灰岩含有较多C元素、有机官能团和有序芳香层,有机物石墨化程度高、晶体大、缺陷少,是其吸附瓦斯的化学基础;降低环境温度、增加吸附压力或减少含水率均能削弱灰岩吸附瓦斯的CH_4/CO_(2)竞争态势;灰岩含大量连通性好、结构复杂的吸附孔,孔隙系统更紧凑且各向异性更弱,是其吸附瓦斯的物理基础。研究结果可为煤岩体系瓦斯防治提供理论依据。
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关键词
煤系灰岩
瓦斯吸附特性
微观孔隙
量子化学
分子结构
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职称材料
基于Bi-PTI模型的CT数字煤岩孔裂隙精准识别及阈值反演
被引量：
10
3
作者
郝晨光
郭晓阳
+3 位作者
邓存宝
张兴华
赵博
王荀
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期1516-1526,共11页
在CT数字煤岩研究领域,灰度阈值选取直接影响空间结构重建的准确性。为使孔裂隙空间重构数据能更精准地表征真实结构,提升煤岩微细观渗流研究的可靠性,建立了CT数字煤岩孔隙率与灰度阈值的映射关系,采用灰度阈值分布规律定量分析了孔裂...
在CT数字煤岩研究领域,灰度阈值选取直接影响空间结构重建的准确性。为使孔裂隙空间重构数据能更精准地表征真实结构,提升煤岩微细观渗流研究的可靠性,建立了CT数字煤岩孔隙率与灰度阈值的映射关系,采用灰度阈值分布规律定量分析了孔裂隙和基质骨架的发育特征;构建了识别孔裂隙结构的Biphasic Pore Threshold Inversion灰度阈值模型(Bi-PTI模型),对不同变质煤CT扫描数据的孔裂隙最佳灰度阈值进行了数值反演,将模型计算获得的孔隙率与压汞测试值进行对比;基于最佳灰度阈值反演结果重建了孔裂隙空间结构,通过空间结构参数和拓扑结构参数与Otsu模型、MP-Otsu模型进行了对比分析。研究结果表明:CT数字煤岩孔隙率随灰度阈值的增加呈非对称S型分布,且具有指数增加-对数上升的分段特征;Bi-PTI模型能够较好地反映孔隙率与灰度阈值的映射关系,表征孔裂隙和基质骨架的发育特征;通过Otsu模型计算的孔隙率高达70%以上,MP-Otsu模型计算的孔隙率受矿物含量影响较大,而Bi-PTI模型在0.40%~16.22%,更接近压汞实测数据;Bi-PTI模型可以弥补因孔裂隙过度识别导致的空间重构缺陷,实现小尺度孔裂隙空间结构的精准识别;Otsu模型极易忽略部分孔隙拓扑结构,MP-Otsu模型对低矿物含量煤体的拓扑结构重建效果不佳,而Bi-PTI模型对缺陷位置拓扑特征具有较好的识别能力,能够真实还原孔裂隙拓扑体系的孔喉丰度和连通特性。
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关键词
数字煤岩
煤孔裂隙
Bi-PTI模型
空间结构
拓扑特征
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职称材料
题名
煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响研究
被引量：
5
1
作者
周晋辉
郭晓阳
赵博
金智新
邓存宝
刘继勇
王蒙
机构
太原理工大学安全与应急管理工程学院
中联煤层气
有限
责任
公司
华阳新材料科技集团有限公司博士后工作站
出处
《矿业安全与环保》
CAS
北大核心
2024年第1期51-60,69,共11页
基金
山西省基础研究计划青年项目(20210302124483)
山西省高等学校科技创新项目(2021L052)。
文摘
为了探究煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响规律,选取沙曲一矿6组煤岩样,通过工业分析、X射线衍射、扫描电镜与能谱分析、低温氮吸附、计算机断层扫描,以及煤岩甲烷吸附实验,分别研究煤岩样微观组分、孔隙结构特征对甲烷吸附的影响。研究结果表明:煤样和岩样无机组分质量分数分别为15.82%~20.93%、90.80%~94.68%,均以石英和黏土矿物为主;岩样BET比表面积为3.32~8.70 m^(2)/g、吸附孔体积为0.0095~0.0191 cm^(3)/g,均大于煤样的BET比表面积和吸附孔体积;岩样孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度略大于煤样的孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度,与黏土矿物含量高有关。煤岩样甲烷等温吸附曲线均符合朗格缪尔模型,可用极限吸附量V_(L)和朗格缪尔压力p_(L)描述吸附规律;相同吸附温度下,岩样存在一定的吸附性,煤样吸附性远大于岩样。分析得出,煤岩样的有机组分含量、黏土矿物含量、表面分形维数、比表面积和吸附孔体积对甲烷吸附过程V_(L)、p_(L)影响显著。基于多元线性回归分析了5种因素对甲烷吸附规律的影响关系:有机组分含量高、比表面积大的样品CH 4分子极限吸附量V_(L)越大,而黏土矿物含量高不利于吸附甲烷;吸附孔体积越小、黏土矿物含量越高、比表面积越大,朗格缪尔压力p_(L)越大。
关键词
煤岩体系
微观组分
孔隙结构
甲烷吸附
朗格缪尔模型
Keywords
coal-rock system
microscopic component
pore structure
methane adsorption
Langmuir model
分类号
TD712.5 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
煤系灰岩物化结构对瓦斯吸附特性的影响机制
2
作者
郭晓阳
刘一佳
邓存宝
徐家骅
朱仔
崔泽琛
曹景夏
宋留妮
机构
太原理工大学安全与应急管理工程学院
华阳新材料科技集团有限公司博士后工作站
出处
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期170-176,共7页
基金
国家自然科学基金青年科学基金项目(52204231)
山西省基础研究计划项目(20210302124483)
山西省高等学校科技创新项目(2021L052)。
文摘
为阐明分子结构和微观孔隙对煤系灰岩瓦斯吸附的影响机制,综合采用元素分析、化学检测、孔径分析、CT测试、瓦斯吸附实验和量子化学计算等方法表征灰岩物化特性,构建并优化分子结构,研究瓦斯吸附性能。研究结果表明:煤系灰岩含有较多C元素、有机官能团和有序芳香层,有机物石墨化程度高、晶体大、缺陷少,是其吸附瓦斯的化学基础;降低环境温度、增加吸附压力或减少含水率均能削弱灰岩吸附瓦斯的CH_4/CO_(2)竞争态势;灰岩含大量连通性好、结构复杂的吸附孔,孔隙系统更紧凑且各向异性更弱,是其吸附瓦斯的物理基础。研究结果可为煤岩体系瓦斯防治提供理论依据。
关键词
煤系灰岩
瓦斯吸附特性
微观孔隙
量子化学
分子结构
Keywords
coalfield limestone
gas adsorption characteristics
microscopic pore
quantum chemistry
molecular structure
分类号
X936 [环境科学与工程—安全科学]
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职称材料
题名
基于Bi-PTI模型的CT数字煤岩孔裂隙精准识别及阈值反演
被引量：
10
3
作者
郝晨光
郭晓阳
邓存宝
张兴华
赵博
王荀
机构
太原理工大学安全与应急管理工程学院
华阳新材料科技集团有限公司博士后工作站
山西焦煤
集团
有限
责任
公司
博士后工作站
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期1516-1526,共11页
基金
山西省基础研究计划青年资助项目(20210302124483)
山西省高等学校科技创新资助项目(2021L052)。
文摘
在CT数字煤岩研究领域,灰度阈值选取直接影响空间结构重建的准确性。为使孔裂隙空间重构数据能更精准地表征真实结构,提升煤岩微细观渗流研究的可靠性,建立了CT数字煤岩孔隙率与灰度阈值的映射关系,采用灰度阈值分布规律定量分析了孔裂隙和基质骨架的发育特征;构建了识别孔裂隙结构的Biphasic Pore Threshold Inversion灰度阈值模型(Bi-PTI模型),对不同变质煤CT扫描数据的孔裂隙最佳灰度阈值进行了数值反演,将模型计算获得的孔隙率与压汞测试值进行对比;基于最佳灰度阈值反演结果重建了孔裂隙空间结构,通过空间结构参数和拓扑结构参数与Otsu模型、MP-Otsu模型进行了对比分析。研究结果表明:CT数字煤岩孔隙率随灰度阈值的增加呈非对称S型分布,且具有指数增加-对数上升的分段特征;Bi-PTI模型能够较好地反映孔隙率与灰度阈值的映射关系,表征孔裂隙和基质骨架的发育特征;通过Otsu模型计算的孔隙率高达70%以上,MP-Otsu模型计算的孔隙率受矿物含量影响较大,而Bi-PTI模型在0.40%~16.22%,更接近压汞实测数据;Bi-PTI模型可以弥补因孔裂隙过度识别导致的空间重构缺陷,实现小尺度孔裂隙空间结构的精准识别;Otsu模型极易忽略部分孔隙拓扑结构,MP-Otsu模型对低矿物含量煤体的拓扑结构重建效果不佳,而Bi-PTI模型对缺陷位置拓扑特征具有较好的识别能力,能够真实还原孔裂隙拓扑体系的孔喉丰度和连通特性。
关键词
数字煤岩
煤孔裂隙
Bi-PTI模型
空间结构
拓扑特征
Keywords
digital coal rock
coal pores and fissures
Bi-PTI model
spatial structure
topological attributes
分类号
TQ531 [化学工程—煤化学工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
煤岩体系微观组分及孔隙结构对甲烷吸附的影响研究
周晋辉
郭晓阳
赵博
金智新
邓存宝
刘继勇
王蒙
《矿业安全与环保》
CAS
北大核心
2024
5
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职称材料
2
煤系灰岩物化结构对瓦斯吸附特性的影响机制
郭晓阳
刘一佳
邓存宝
徐家骅
朱仔
崔泽琛
曹景夏
宋留妮
《中国安全生产科学技术》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
3
基于Bi-PTI模型的CT数字煤岩孔裂隙精准识别及阈值反演
郝晨光
郭晓阳
邓存宝
张兴华
赵博
王荀
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
10
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职称材料
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