[发明专利]一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法

权利要求书

1.一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采集多种不同区域高瓦斯含量的煤样和低瓦斯含量的煤样，分别破碎、研磨筛分，得到60目和200目的高瓦斯含量的煤样以及60目和200目的低瓦斯含量的煤样，并标记；

步骤二：对采集的所有煤样均进行不同温度梯度的热解实验，热解过程中，热解炉内持续通入惰性气体，保障煤样不被氧化；

步骤三：在每一热解温度下的热解实验结束后，选取200目的煤样，采用傅里叶变换红外光谱仪对煤样红外结构特征进行测试，得到不同煤样不同热解温度下的红外谱图；

步骤四：根据不同类型的官能团振幅不同的特征，将每个温度下热解煤样的红外光光谱线图划分为4个波段：-OH吸收峰带3700-3000cm^-1；-CH₃、-CH₂吸收峰带3000-2700cm^-1；C＝O、COOH、C-O吸收峰带1800-1000cm^-1；苯环中C-H吸收峰带900-700cm^-1；

步骤五：分别在各个波段的原始谱线上选定一系列基点，以定义各个波段的基线；

步骤六：对各个波段的原始谱线进行分峰拟合处理，根据分峰拟合得到的各峰特征参数计算红外特征参数以定量表征煤体分子结构；

步骤七：在每一热解温度下的热解实验结束后，再选取60目的煤样，在常压状态下，使用高压气体吸附分析仪对煤样热解后等温吸附的规律变化进行测试分析，并记录每种煤样在不同热解温度下Langmuir吸附常数a的变化规律；

步骤八：建立红外特征参数值与甲烷吸附能力Langmuir吸附常数a的相关性线性回归方程，比较不同煤样的红外结构参数值与甲烷吸附能力相关性的高低，综合分析与评价煤样对甲烷的吸附性能。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，步骤二中，热解温度从室温20℃逐渐升高至100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃。

3.根据权利要求2所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，热解实验所采用的加热速率均为3℃/分钟，温度上升至设定温度后，使炉体温度保持24小时左右，以使煤样得到充分热解。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，步骤五中，在各个波段的原始谱线上选定基点，定义各个波段的基线的方法，包括以下步骤：S1、选定波段两端的分界点；S2、选定波段原始谱线上的特征波谷的最低点；S3、将相邻两基点以线段连接，则所有线段组成了该波段的基线；S4、如果原始谱线上出现位于基线之下的普通负值点，将其归0。

5.根据权利要求1所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，步骤六中，采用Gaussian函数和固定子峰峰位的方式，分解出若干个拟合子峰；设定各波段的分峰数分别为3700～3000cm^-1 5个，3000～2700cm^-1 5个，1800～1000cm^-1 15个，900～700cm^-1 5个。

6.根据权利要求5所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，红外测试结果表征公式为：

I₃＝A_-OH+A_C-O/A_C＝C    (1-3)；

I₅＝A_4H+A_2H+A_1H/A_C＝C   (1-5)；

其中：A为特征吸收峰峰面积积分；I₁为煤体结构富氢程度；I₂为煤体分子的脂芳比；I₃为煤体结构的富氧程度；I₄为脂肪链长和支链化程度；I₅为煤体分子芳环缩聚程度。

7.根据权利要求6所述的一种基于红外特征的煤吸附甲烷能力测试方法，其特征在于，步骤八中，建立富氢程度、脂芳比、富氧程度、脂肪链长和支链化程度以及芳环缩聚程度与甲烷吸附能力Langmuir吸附常数a的相关性线性回归方程，比较几个参数与a值线性拟合的相关系数R²大小，R²越大说明相关性越强；选取R²大于等于0.9以上的特征参数，比较拟合性好的参数与a值相关系数K值的绝对值，绝对值越大，则说明该参数对a值影响越大。