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煤中CH4扩散影响因素的分子动力学分析

         
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为从微观角度分析煤中甲烷扩散影响因素,以孙家湾、大同、双鸭山3种煤样为研究对象,基于XRD衍射试验结果,构建3种煤大分子结构模型,采用分子动力学模拟方法,研究压力、温度、CO2、H2 O对CH4分子在煤中扩散的影响,揭示了不同影响因素下煤中CH4扩散系数变化规律.研究结果表明:压力增加,CH4分子在3种煤中扩散系数先减小后趋于稳定,当压力增大到一定值后孙家湾、大同、双鸭山3种煤中CH4分子扩散系数将分别稳定于1.084×10-8、0.770×10-8、1.137×10-8 m2/s;相同压力条件下,3种煤中CH4分子扩散速率由大到小顺序为双鸭山煤、孙家湾煤、大同煤.温度升高,CH4分子在3种煤中的均方位移均增大,有利于其扩散,不利于其吸附;温度变化对CH4分子在3种煤中扩散速率影响程度由大到小为孙家湾煤、双鸭山煤、大同煤.在一定范围内,水体积分数增加对CH4分子扩散具有阻碍作用,含水饱和度增加对孙家湾与大同煤中CH4分子扩散速率影响较大,对双鸭山煤中CH4分子扩散速率影响较小,注水采气法对孙家湾煤矿与大同煤矿更有效.随CO2体积分数增加,CH4分子扩散系数减小.CO2对煤中CH4分子扩散抑制作用由强到弱为大同煤、孙家湾煤、双鸭山煤.与H2 O相比,CO2对CH4分子在煤层中的扩散抑制作用更强,从分子动力学扩散系数角度表明煤层注CO2采气法更有效.

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