煤田地质与勘探

作者：宋学梅, 张琨, 桑树勋, 马萌芽, 刘会虎, 徐宏杰,

关键词：高压等温吸附, 吸附相密度, 绝对吸附量, 吸附模型,

目的和方法吸附相密度是确定煤中气体吸附量的关键参数。以安徽两淮矿区烟煤为研究对象，在24、36、48 ℃温度条件下开展CO2和CH4高压等温吸附实验，结合低温液氮实验和压汞实验对煤孔隙结构定量表征的结果，分析煤中CH4和CO2高压跨临界态吸附过程；基于Gibbs过剩吸附量原理，采用截距法计算煤中CO2和CH4的吸附相体积与最大吸附相密度；并在单层吸附理论的Langmuir模型与吸附势理论的改进D-A模型的基础上，构建适用于煤中CH4和CO2高压跨临界态的吸附模型。结果和结论(1)在24、36、48 ℃和0~32 MPa实验条件下，由于高压段游离相密度(ρf)与吸附相体积(Va)乘积增加，CH4与CO2过剩吸附量在达到峰值后呈递减趋势；其中CH4的游离相密度随吸附压力增大而线性增加，导致高压段的过剩吸附量线性递减；而CO2的游离相密度在低压段(0~7 MPa)线性增加，高压段(>7 MPa)呈“S”形变化趋势，导致其过剩吸附量变化情况更加复杂。(2) 基于高压CH4过剩吸附量的线性减小趋势，使用截距法计算吸附相体积与最大吸附相密度，并依据改进D-A模型获得吸附相密度的表达式，构建CH4高压绝对吸附量模型；采用CO2最大吸附相密度替代虚拟饱和蒸汽压代入上述模型，获得CO2高压跨临界态吸附的吸附相密度和绝对吸附量拟合改进模型。(3) 改进模型对CH4和CO2绝对吸附量的拟合决定系数(R2)均超过0.98，但在CO2低压阶段吸附拟合偏差较大，引入Langmuir模型描述低压段吸附过程，形成的联合模型提升了全压力段CH4和CO2绝对吸附量的拟合效果(R2>0.99)。研究为探讨煤中气体高压跨临界吸附过程和评估深部煤层CO2封存量提供了理论依据与优化方法。

来源：2026年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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