基于双一阶函数组合模型的不同粒径颗粒煤瓦斯吸附动力学特征研究

马金魁

（1.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺113122；2.煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺113122）

煤对瓦斯的吸附能力是影响煤层含气量的关键因素之一，因此，研究煤对瓦斯的吸附动力学特性是揭示煤层瓦斯运移和积聚规律，准确预测瓦斯含量的关键[1]。而描述瓦斯吸附速率需要在煤颗粒尺度上建立相应的物理模型，Barton[2]建立了第1 个参数化的均质球体扩散简单模型。Ruckenstein 等[3]建立了双扩散模型。Clarkson 等[4]通过理论和实验相结合的方法，考虑非线性吸附等温线的影响，建立了不同孔径分布的煤吸附瓦斯的单孔和双孔运移模型。Shi 等[5]提出了煤中瓦斯的双孔扩散模型。王恩元等[6]对瓦斯气体在煤体中的吸附过程进行分析研究表明其动力学机理为吸附、扩散-渗透和解吸并存的动态过程，直到吸附平衡。众多学者对煤与瓦斯的吸附过程进行了深入详细的研究并取得了可喜的成果[7-11]，但在描述瓦斯吸附机制时还存在假设过多或不合理等问题，还不能实现对吸附过程的准确性预测。因此，基于颗粒煤的吸附过程，建立双一阶函数组合模型，对瓦斯在煤上吸附机理进行分析。

1 煤样制备及实验装置

实验煤样采用兴无煤矿4 号煤层42110 工作面（山西柳林）。根据GB/T 212—2008《煤的工业分析方法》、GB/T 217—2008 煤样的真相对密度、GB/T 6949—1998 视相对密度等标准进行测试，煤样参数测试结果：灰分为17.20%，挥发分为20.85%，水分为0.72%，真相对密度1.47 g/cm3，真相对密度1.39 g/cm3，孔隙率为5.44%。

为了得到不同粒径的煤样，采用破碎机、球磨机将煤块分别进行破碎、研磨，筛分出6 组煤样：①Ⅰ组：＜0.063 mm；……