煤中矿物质对甲烷生储特征影响的机理

摘要

煤中矿物质对甲烷生成及储集具有不同的作用,影响机制比较复杂,为进一步阐释煤中矿物质对甲烷生成储集的影响特征,采集了国内褐煤分布典型地区内蒙古霍林河煤矿和河南义马煤矿进行脱矿前后的生气热模拟实验,分析了煤中矿物组分对甲烷生成的作用机理;同时结合国内4个代表性地区同一区同一煤层不同灰分产率(矿物含量)煤样的等温吸附实验和煤芯解吸实验,探讨了矿物组分对煤吸附储集甲烷的影响特征。研究表明:生气热模拟实验中霍林河和义马2个煤矿煤样的甲烷生成强度曲线呈高斯分布形态、累积生成强度曲线均呈双台阶的Srichards曲线形态,脱矿前生成强度和累积生成强度都远高于脱矿后煤样,认为所含矿物组分对热解生成甲烷具有正效应作用,主要原因:(1)矿物组分中黏土矿物与煤有机结构间具有类离子交联作用,加热过程中增强了生成甲烷的煤大分子结构分裂强度及化学活性;(2)加热过程中黄铁矿对煤有机结构分解具有很强的活性催化作用;吸附实验与解吸实验显示,同一区同一煤层甲烷空气干燥基的朗格缪尔吸附体积和含气量均随灰分产率(矿物含量)增加而呈显著降低趋势,矿物组分对煤吸附甲烷主要表现为负效应,其原因在于不同矿物组分对吸收态甲烷储集的煤分子结构、吸附态甲烷储集的孔隙结构和游离态甲烷储集的显微裂隙具有不同的空间分占作用。