微孔填充
——煤中甲烷的主要赋存形式

程远平，胡 彪

(1.中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 221116; 2.中国矿业大学 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏 徐州 221116)

煤是由包含孔隙的煤基质和切割煤基质的裂隙组成的[1]，煤层甲烷在煤的“双重孔裂隙结构”中主要以吸附态和游离态形式存在;同时，煤基质内部可能还“固溶”了部分吸收态甲烷[2]。其中，游离态甲烷储存在孔裂隙结构的空隙中，其行为可用波义耳定律和气体动力学理论来描述;与游离态和吸收态甲烷相比，吸附态甲烷占煤储层甲烷的80%～90%[3]，其行为可用单层吸附理论和微孔填充理论等进行描述[4-7]。在煤炭资源开采前抽采甲烷并加以利用，既能减少环境污染，也能降低煤炭开采的危险性，同时获得清洁能源，具有“环境、安全、能源”三重效益[8]。而煤中甲烷运移产出一般经历3个阶段，抽采初期储层甲烷压力降低使得吸附态甲烷解吸到煤基质孔隙中，在浓度梯度驱动下通过煤基质孔隙结构扩散到裂隙系统，最终甲烷在压力梯度驱动下渗流运移到抽采钻孔或抽采井中[9]。因此，煤储层甲烷赋存形式是其吸附能力的表征，也是其扩散和渗透特性研究的基础，厘清煤中甲烷赋存形式对煤矿瓦斯抽采和灾害防治具有重要意义。

由于煤层甲烷赋存特征的重要性，学者们对甲烷的吸附特性及其控制因素进行了大量的研究。MOORE等[10-11]认为甲烷主要通过吸附作用储存在煤的孔隙表面，因此煤储层甲烷吸附能力的控制因素是其表面积而非孔隙体积。……