[发明专利]一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统

说明书

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供了一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统。该方法包括：获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中某组分气体沿径向流动的有因次模型；根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中该组分沿径向流动的有因次模型转化为该组分气体沿径向流动的无因次模型；根据该组分沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中该组分的无因次累积吸附量；将该组分气体的无因次累积吸附量曲线转化为有因次累计吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中该组分气体的微孔道扩散系数。

技术领域

本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统。

背景技术

煤炭作为一种主要的化石燃料在我国广泛使用，由于浅部煤炭资源不断减少，实际采矿过程中，其开采水平不断向深部延伸，导致瓦斯事故发生的强度及频率不断增大，不仅给国家和煤矿企业带来了巨大的损失，也给煤矿工人生命安全带来了极大的危害。

瓦斯也称为煤层气。它作为煤炭伴生资源，不但是煤矿安全生产的重大危险源，同时也是一种绿色清洁能源，科学有效的对煤层瓦斯进行抽采和利用，是消除煤矿安全生产隐患，缓解天然气供需紧缺，减少温室气体排放的关键举措。注气提高煤层气采收率是通过向不可开采煤层注入、或烟道气体等来提高煤层气最终采收率的方法，在经济和环境方面具有双重优势，注气提高煤层气采收率与多组分气体在煤层中的竞争吸附过程及其微孔道扩散系数密切相关。此外，煤炭生产、运输和利用过程中极易发生煤炭自燃火灾，造成严重的资源浪费和环境污染，甚至威胁到工人的生命健康。、凭借具有惰化、阻氧、降温、抑爆、扩散范围大以及可绕过障碍物到达隐蔽自燃区域等优点，被广泛应用于矿井火灾的防治中，掌握、和的竞争吸附及其在煤微孔中的扩散规律对采空区防治自燃发火具有重要意义。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种竞争吸附下煤微孔道气体扩散能力评估方法，包括：

步骤S101、基于煤粒混合气体的竞争吸附实验，获取煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量曲线；步骤S102、根据混合气体的朗格缪尔等温吸附方程和质量守恒定律，建立煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的有因次模型；其中，为正整数，所述煤粒混合气体中包含有多种组分气体；步骤S103、根据煤粒的预设无因次参量，将煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的有因次模型转化为煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的无因次模型；步骤S104、基于有限差分法，根据组分气体沿径向流动的无因次模型，得到煤粒混合气体中组分气体的无因次累积吸附量曲线；步骤S105、将组分气体的无因次累积吸附量曲线转化为对应的有因次累计吸附量曲线，通过对比组分气体的有因次累积吸附量曲线与竞争吸附实验获取的累积气体吸附量曲线，反演计算获得煤粒混合气体中组分气体的微孔道扩散系数。

优选的，在步骤S101中，按照公式：

获取单位时间内煤粒混合气体各组分气体的累积气体吸附量，得到煤粒混合气体中各组分气体的累积气体吸附量随时间变化曲线；其中，表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中未取样实验的累积吸附体积；表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中取样实验的累积吸附体积； 表示煤粒混合气体初始压力；表示时刻煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐内的残余压力；表示标准大气压；表示取样次数；表示煤粒质量；表示煤粒混合气体的竞争吸附实验中样品罐的自由空间体积。

优选的，在步骤S102中，煤粒混合气体中组分气体沿径向流动的有因次模型为：