煤田地质与勘探

作者：胡宜亮, 鲍园, 孟佳豪, 陈雪茹, 山拓,

关键词：黄陵矿区, 微波辐射, 甲烷吸附, 孔隙结构, 分子结构, 吸附效率,

目的微波辐射时间是微波辅助高效提升煤层气采收率的关键因素，其对煤层甲烷吸附效率的影响机制尚不明确，需深入研究微波辐射时长条件对煤层甲烷吸附效率的具体影响，揭示其内在约束机制。方法以黄陵矿区2号煤层为研究对象，用700 W功率微波对煤样辐射0~18 min，开展等温吸附、低温液氮吸附和傅里叶红外光谱实验，分析不同微波辐射时长下煤的甲烷吸附能力、微观孔隙结构和分子结构的变化；利用多元统计学分析辐射后煤体结构参数与甲烷吸附参数的相关关系。结果和结论实验结果显示，随着微波辐射时长的增加，煤的甲烷吸附量呈现出先减小后增加的变化趋势。当微波辐射时长达到12 min时，甲烷吸附量降至最低，仅为14.94 cm3/g。微波辐射对煤分子结构影响显著，随着辐射时长增加，煤样中脂肪族结构(CH2/CH3)、含氧官能团、芳香结构及羟基吸收带的响应强度整体减弱，而芳香度(Har/Hal)则呈现升高的趋势，总体分子稳定性增强，表明微波辐射通过降低支链化程度和增加芳香结构缩合，改变了煤的甲烷吸附能力。随着微波辐射时长的增加，煤微观孔隙呈现出先扩孔、后增孔的变化特征，具体表现为介孔的比表面积(SSA)先减小后增大，而孔体积(PV)则先增大后减小。基于Pearson相关性矩阵及主成分分析方法，发现2~10 nm介孔比表面积是制约煤层甲烷吸附效率的关键参数。研究成果可为微波辅助煤层气高效开发提供辐射时长等理论参数，并为后续多参数耦合机制的深入研究奠定了基础，有助于推动微波辐射技术在煤层气增产工程中的应用。

来源：2025年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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