[發明專利]一種競爭吸附下煤微孔道氣體擴散能力評估方法和系統

有效

• 申請號: 202210117133.1
• 申請日: 2022-02-08
• 公開（公告）號: CN114166698B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 劉偉;褚翔宇;張鳳杰;韓冬陽;祁明輝;毋凡;徐浩;王猛;李浩然;白財金
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N15/08;G06F30/23
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉素霞;劉春成

本申請涉及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料技術領域，提供了一種競爭吸附下煤微孔道氣體擴散能力評估方法和系統。該方法包括：獲取煤粒混合氣體中各組分氣體的累積氣體吸附量隨時間變化曲線；根據混合氣體的朗格繆爾等溫吸附方程和質量守恒定律，建立煤?；旌蠚怏w中某組分氣體沿徑向流動的有因次模型；根據煤粒的預設無因次參量，將煤?；旌蠚怏w中該組分沿徑向流動的有因次模型轉化為該組分氣體沿徑向流動的無因次模型；根據該組分沿徑向流動的無因次模型，得到煤?；旌蠚怏w中該組分的無因次累積吸附量；將該組分氣體的無因次累積吸附量曲線轉化為有因次累計吸附量曲線，反演計算獲得煤?；旌蠚怏w中該組分氣體的微孔道擴散系數。

技術領域

本申請涉及借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料技術領域，特別涉及一種競爭吸附下煤微孔道氣體擴散能力評估方法和系統。

背景技術

煤炭作為一種主要的化石燃料在我國廣泛使用，由于淺部煤炭資源不斷減少，實際采礦過程中，其開采水平不斷向深部延伸，導致瓦斯事故發生的強度及頻率不斷增大，不僅給國家和煤礦企業帶來了巨大的損失，也給煤礦工人生命安全帶來了極大的危害。

瓦斯也稱為煤層氣。它作為煤炭伴生資源，不但是煤礦安全生產的重大危險源，同時也是一種綠色清潔能源，科學有效的對煤層瓦斯進行抽采和利用，是消除煤礦安全生產隱患，緩解天然氣供需緊缺，減少溫室氣體排放的關鍵舉措。注氣提高煤層氣采收率是通過向不可開采煤層注入、或煙道氣體等來提高煤層氣最終采收率的方法，在經濟和環境方面具有雙重優勢，注氣提高煤層氣采收率與多組分氣體在煤層中的競爭吸附過程及其微孔道擴散系數密切相關。此外，煤炭生產、運輸和利用過程中極易發生煤炭自燃火災，造成嚴重的資源浪費和環境污染，甚至威脅到工人的生命健康。、憑借具有惰化、阻氧、降溫、抑爆、擴散范圍大以及可繞過障礙物到達隱蔽自燃區域等優點，被廣泛應用于礦井火災的防治中，掌握、和的競爭吸附及其在煤微孔中的擴散規律對采空區防治自燃發火具有重要意義。

因此，需要提供一種針對上述現有技術不足的改進技術方案。

發明內容

本申請的目的在于提供一種競爭吸附下煤微孔道氣體擴散能力評估方法和系統，以解決或緩解上述現有技術中存在的問題。

為了實現上述目的，本申請提供如下技術方案：

本申請提供了一種競爭吸附下煤微孔道氣體擴散能力評估方法，包括：

步驟S101、基于煤?；旌蠚怏w的競爭吸附實驗，獲取煤?；旌蠚怏w中各組分氣體的累積氣體吸附量曲線；步驟S102、根據混合氣體的朗格繆爾等溫吸附方程和質量守恒定律，建立煤?；旌蠚怏w中組分氣體沿徑向流動的有因次模型；其中，為正整數，所述煤?；旌蠚怏w中包含有多種組分氣體；步驟S103、根據煤粒的預設無因次參量，將煤?；旌蠚怏w中組分氣體沿徑向流動的有因次模型轉化為煤?；旌蠚怏w中組分氣體沿徑向流動的無因次模型；步驟S104、基于有限差分法，根據組分氣體沿徑向流動的無因次模型，得到煤?；旌蠚怏w中組分氣體的無因次累積吸附量曲線；步驟S105、將組分氣體的無因次累積吸附量曲線轉化為對應的有因次累計吸附量曲線，通過對比組分氣體的有因次累積吸附量曲線與競爭吸附實驗獲取的累積氣體吸附量曲線，反演計算獲得煤?；旌蠚怏w中組分氣體的微孔道擴散系數。

優選的，在步驟S101中，按照公式：

獲取單位時間內煤?；旌蠚怏w各組分氣體的累積氣體吸附量，得到煤?；旌蠚怏w中各組分氣體的累積氣體吸附量隨時間變化曲線；其中，表示煤?；旌蠚怏w的競爭吸附實驗中未取樣實驗的累積吸附體積；表示煤粒混合氣體的競爭吸附實驗中取樣實驗的累積吸附體積； 表示煤?；旌蠚怏w初始壓力；表示時刻煤?；旌蠚怏w的競爭吸附實驗中樣品罐內的殘余壓力；表示標準大氣壓；表示取樣次數；表示煤粒質量；表示煤?；旌蠚怏w的競爭吸附實驗中樣品罐的自由空間體積。

優選的，在步驟S102中，煤?；旌蠚怏w中組分氣體沿徑向流動的有因次模型為：