【摘 要】
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瓦斯事故是影响煤炭安全开采的主要灾害之一。低渗透性煤层瓦斯抽采难度大、效率低,一般采用CO2驱替煤层瓦斯技术进行治理。然而,在CO2驱替煤层瓦斯过程中,CO2的扩散规律将会显著影响瓦斯驱替量以及抽采效率。鉴于此,本文利用理论分析、物理实验、分子模拟等手段。开展了煤的压汞实验、煤吸附CO2实验,主要研究了压力和温度对CO2在煤体内扩散规律的影响;结合分子模拟,对物理模拟实验得到的扩散规律进行验证。取
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瓦斯事故是影响煤炭安全开采的主要灾害之一。低渗透性煤层瓦斯抽采难度大、效率低,一般采用CO2驱替煤层瓦斯技术进行治理。然而,在CO2驱替煤层瓦斯过程中,CO2的扩散规律将会显著影响瓦斯驱替量以及抽采效率。鉴于此,本文利用理论分析、物理实验、分子模拟等手段。开展了煤的压汞实验、煤吸附CO2实验,主要研究了压力和温度对CO2在煤体内扩散规律的影响;结合分子模拟,对物理模拟实验得到的扩散规律进行验证。取得的主要研究成果如下:（1）对实验煤样进行压汞实验测试,按照霍多特提出的孔隙分类方法,分析得到了实验煤样孔容主要以过渡孔和微孔为主,占比39.43%和57.58%,其次是大孔和中孔。（2）不同温度下,CO2气体的吸附曲线与Langmuir单分子层吸附模型一致。相同温度条件下,随着压力的增大,煤体对CO2气体的吸附量增大;吸附常数a值与b值均随温度升高而减小。（3）柱状原煤CO2气体扩散的物理模拟实验过程中。压力恒定条件下,随着环境温度的上升,CO2累计扩散量随着扩散时间的延长逐渐增加;CO2扩散速度随时间的增加逐渐降低;CO2扩散系数随着温度的升高而逐渐增大。温度恒定条件下,随着压力的增大,CO2累计扩散量随着扩散时间的延长逐渐增加;CO2扩散速度随时间的增加逐渐降低;CO2扩散系数随着压力的增大而逐渐增加。（4）基于分子模拟的CO2在煤分子中的吸附和扩散过程中。当模拟温度为15℃、25℃、30℃、35℃时,采用巨正则蒙特卡洛方法,计算得到煤分子分别可以吸附14个、13个、12个、11个CO2分子;随着温度的增大,CO2在煤分子中的吸附量逐渐降低。CO2在煤分子中的自扩散系数、校正扩散系数和传递扩散系数,均随着温度、压力的升高而增大。
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