采用气体临界参数确定甲烷分子势,并计算出3倍甲烷分子直径内的分子势函数。结合甲烷分子的正三角锥、倒三角锥吸附模型和煤表面的势垒,运用量子力学的理论,考虑极限条件下甲烷分子的经典力学特点,建立了甲烷分子在煤表面吸附势作用下的波动方程。同时考虑到甲烷分子虽然不间断地在煤表面吸附和解吸、单个分子的运动是时间的函数,但甲烷分子在煤表面吸附总量与时间无关,故将平面波动方程中的时间和距离作为两个独立变量,基于这种简化求出甲烷分子平面波动方程的特解。该研究为探索煤表面与甲烷分子间的作用机理及形式奠定了理论基础

煤层气吸附作用是发生在煤基质内表面的物理过程,而煤岩复杂孔裂隙网络为高压甲烷吸附提供了丰富的空间。开展沁水盆地南部高阶煤30℃高压甲烷等温吸附实验,结合煤岩煤质参数与孔隙特征参数,通过改进的D-R模型分析了煤岩性质、孔隙特征与吸附参数的相关性。煤岩性质对最大吸附能力和吸附热参数的影响是多因素叠加的综合效应,而最大吸附能力与微孔体积,吸附体积校正参数与大中孔比表面积呈较好的正相关性,表明甲烷分子在煤基质内表面会根据孔径尺度大小呈现不同的吸附方式。据此提出高压甲烷在煤基质微孔中呈紧密堆积状态而在大中

为研究煤层气排采过程CH4解吸内在热力学特征及水蒸汽在排水降压产气过程中的作用机理,在20,25,30,35,40℃五个温度点对寺河3号无烟煤(WY)进行等温吸附解吸实验,利用Clausius-Clapeyron方程计算等量吸附热和极限吸附热。结果表明,升压(吸附)过程和降压(解吸)过程极限吸附热分别为23.31 kJ/mol和24.02 kJ/mol,属于物理吸附,但后者大于前者。从热力学角度看,吸附解吸平衡体系中,降压不足以导致煤层甲烷解吸,但降压促使液态水在煤孔隙中形成局部低压,水分子汽化