15自然煤芯(25毫米直径60毫米高)收集从Yuanzhuang煤矿,淮北,中国(煤阶是1/3焦煤,与煤不同( 21, 22])。几块从工作面煤得到并立即送往实验室实验。煤的工业分析是根据中国煤炭工业分析标准GB / T 212 - 2008。最大镜质组反射率的三个石油煤炭样本(室温,23°C)测定。煤显微组分组成如表所示 1。煤芯被微波加热系统(图处理 1)。煤的孔隙结构核心由一个核磁共振仪(图测量 2)。和煤孔隙度是由重量法。

一种新型微波加热系统(图 1)进行了热煤芯。微波频率是2450±25兆赫和微波功率是6千瓦在这项研究。一般来说,热分解不发生在温度低于200°C ( 30.]。因此,加工温度从50到200°C。煤芯的基本参数和加工温度如表所示 2。

非破坏性的方法,核磁共振(NMR)测量,进行评估的影响微波能源煤孔隙结构的核心。核磁共振利用外部磁场使氢液体组成部分样品和礼物的氢原子数偶极矩的振幅( 31日]。因此,它是一个测量水量的孔隙结构。核磁共振已广泛用于复杂多孔介质的特性,如石油储集层岩石和煤( 32- - - - - - 36]。例如,最近张等人的研究表明,NMR获得的成功使用孔隙大小分布的泥岩和细粒度砂岩样品( 37]。当磁场很小,很少有顺磁性矿物在煤炭可能会影响测量结果和固态质子磁信息(₁₃C和₁可以屏蔽(H) 31日, 38]。纵向( T 1 )和横向( T 2 )弛豫时间可以用来描述孔隙分布。 T 2 是首选的测量方法,因为测量的 T 2 快,通常提供了类似的结果对吗 T 1 ( 39]。的 T 2 弛豫时间可以解释如下 40]: (1) 1 T 2 = 1 T 2 B + ρ 年代 V + D γ G T E 2 12 , 在哪里 T 2 B 自由弛豫时间,女士; ρ 是一个常数代表横向弛豫强度, μ米/女士; 年代 / V 的比表面积与孔隙大小; D 扩散系数, μ米²/女士; γ 旋磁比,MHz / T;和 G 是场强梯度,Gs / cm; T E interecho间距,女士。

自的价值 T 2 B 总是大于多少 T 2 ,也就是说, 1 / T 2 ≫ 1 / T 2 B 和的值 D 和 T E 总是很小,( 1)可以简化如下所示 33, 41]: (2) 1 T 2 = ρ 年代 V 。

T 2 分布在较小的毛孔放松的速度比在较大的孔( 40]。因此, T 2 分布类似于孔隙大小分布。大的毛孔意味着更长的弛豫时间短而小毛孔产生弛豫时间。

上海Niumag先生一个微型仪器制造公司(中国)(图 2)被用来进行核磁共振测量。恒定磁场强度的仪器是0.53吨,而共振频率是23兆赫和恒定的温度是32°C。测量参数包括以下:interecho间距,0.23女士;扫描的数量,32;和采样频率,333.33 KHz。然后,横向弛豫时间( T 2 )分布与100000次迭代计算联合迭代重建技术( 42]。

根据图核磁共振测量程序进行 3。“饱和”意味着煤炭样本饱和100%蒸馏水至少72小时。的 T 2 谱在“干燥”表明,煤样品在真空炉干24小时40°C与绝对压力~ 8 kpa。“润湿”意味着煤炭样本处理20°C,湿度100% ~ 24小时。“核磁共振测量表明,煤样品核磁共振测量的仪器。“微波处理“煤样品是由微波加热的加热系统。核磁共振测量后进行“饱和”( 年代 w ),“干燥”( 年代 我 r )和“润湿”( 年代 一个 d )处理。

此外,透气性试验进行了核磁共振测量。无水硫酸铜干煤芯在环境温度下~ 25°C渗透测试前24小时。测试气体氮和侧围压力3 MPa和10 MPa气体渗透率测量,分别。在该测试中,温度环境温度(~ 25°C)。和渗透率测试初始侧围压下进行3 MPa。

水分孔隙结构总是可以分为四种类型:自由水分,毛细管水分,化学结合水分,和化合水 45]。化学结合水分和化合水很难去除。游离水分不会完全蒸发到110°C,和毛细管水分完全蒸发温度超过180°C时大气压力( 46, 47]。水沸腾的温度是40°C ~ 8 kpa绝对压力。因此,自由水分后大多可以移除“干燥”处理。的 T 2 光谱在 年代 我 r 可能只表明毛细管水分,化学结合水分,化合水,一点自由水分孔隙结构的一部分。和水饱和程度 年代 我 r 低于 年代 一个 d 。因此,的数量和振幅峰值 T 2 光谱在 年代 一个 d 是比 年代 我 r (图 4)。

尽管的振幅 T 2 分布随含水饱和度下降程度,水饱和程度影响不大 T 2 分布位置(微波治疗前)(图 4)。这是不同于我们之前的工作 T 2 分布在 年代 我 r 和 年代 一个 d 位于左边的吗 T 2 分布在 年代 w ( 21, 22]。原因可能是煤的孔隙结构、润湿性的差异。孔隙结构(包括体积、比表面积和孔隙连通性)与煤排名( 31日, 48, 49]。本研究中使用的等级的煤炭不同于我们之前的工作。因此,水在煤的孔隙结构分布在这项研究中的应用是不同的。此外,矿物的成分和功能基团与煤炭排名( 50),影响煤表面的润湿性和疏水性 51]。煤中孔隙和不简单的几何形状如圆柱体或形状。孔壁粗糙,孔隙可能包含许多微小的违规行为。和煤的润湿性随表面粗糙度的增加( 21]。因此,孔壁的显微疏松包含水取决于煤孔隙表面的润湿性。在核磁共振测量,所有孔隙空间的水分子孔隙流体扩散之前放松与毛孔壁作用将被视为一个孔。因此,中包含的显微疏松粗糙毛孔表面和违规行为将会包括核磁共振测量的大孔隙的总量( 40]。因此,微孔率可能出现在大的弛豫时间 T 2 分布在 年代 w 。此外,中包含的显微疏松粗糙表面可能不包含水表面粗糙度引起的高或低润湿性。煤的孔隙结构、润湿性能的影响 T 2 分布。

下的面积 T 2 分布曲线的氢质子数成正比孔隙流体在孔隙结构( 40]。因此,的面积 T 2 可以校准给孔隙度值分布。下的面积 T 2 分布曲线( 年代 1 孔隙度增加而增加(图 7)。应该注意的是,这里的孔隙度是煤的孔隙度样本没有微波能量治疗。的面积之间的线性关系 T 2 分布和孔隙度是不明显的。煤炭样品的原因可能是异质的。块煤的提取通常是非常稀疏的体积相比煤层。此外,核更容易从整合的不错块煤。

这表明,煤的孔隙结构、润湿性是影响微波能量治疗。一般来说,热分解不发生在温度低于200°C ( 30.]。在这项研究中,最高处理温度为200°C。因此,没有煤热分解的核心,这意味着煤阶后不会改变微波能量治疗。热断裂的结果不同之外属性或不同的介电常数和损耗因子的每个阶段( 12]。此外,微波能治疗会影响煤的孔隙表面粗糙度,这可能影响润湿性( 21]。因此,含水饱和度的影响程度 T 2 预处理和postmicrowave分布不同。

小孔隙束缚水(SPBW)模型和膜结合水(MBW)模型总是用来形容的束缚水孔隙结构(图 8)[ 22]。SPBW是基于假设自由流体驻留在大毛孔和束缚流体驻留在小孔,当MBW认为给定孔隙可以包含自由和束缚流体( 22]。如图 5所示,含水饱和度可以影响程度 T 2 分布。这表明MBW模型更适合描述束缚水的状态。这是符合我们以前的工作 21, 22]。

T 2 分布在 年代 w 微波处理后(图的变化 9)。根据振幅变化,这些光谱可分为几个案例。首先,的振幅 T 2 分布在 年代 w 处理样本比较大,未经处理的样品的光谱(例如图 9(一个), 9 (g), 9 (h))。其次,并不是所有的振幅谱微波治疗后变大(比如图 9 (d)和 9(左))。在这种情况下,振幅谱的减少微波治疗后 T 2 小于100 ms。微波能治疗可以引起骨折,增加孔隙大小。此外,中包含的显微疏松粗糙毛孔表面和违规行为往往会被视为总量的一部分的大孔隙在核磁共振测量 40]。因此,大多数微孔率不能出现在 T 2 分布在 年代 w 治疗煤样品。这证实了MBW模型更适合描述煤的束缚水状态。根据( 2)的变化 T 2 分布在 年代 w 也表明,煤样的比表面积改变微波治疗后。

的曲面积分 T 2 分布在 年代 w 可以用来描述孔隙系统因为横坐标的 T 2 代表孔隙大小分布和孔隙数量(纵坐标代表 21, 30., 38]。一个无量纲参数( R 年代 )是用来评估的影响微波能量治疗煤样品,可以被定义为 (3) R 年代 = 年代 2 − 年代 1 年代 1 , 在哪里 年代 1 是一个曲面积分的 T₂分布在 年代 w 前处理和微波能量 年代 2 是一个曲面积分的 T 2 分布在 年代 w 微波能量后治疗。

R 年代 处理温度的增加而增加(图 10)。这表明,孔隙体积随处理温度。这也证实了微波能治疗会引起骨折。这是我们以前的工作符合,微波加热后的孔隙度增加( 21]。

处理温度平均渗透率的影响评估(图 6(一))。HY-04和HY-13微波能治疗后变形,不能进行透气性测试。因此,渗透率HY-08用于现在的煤炭样品的平均渗透率在200°C。平均渗透率增加起初然后减少增量处理温度(转折点是150°C)。这是不同的工作,谁先发现的渗透率降低再次增加,最终减少随温度增加(25 - 180°C)下侧围压6 MPa ( 52]。煤炭矩阵会产生热膨胀导致孔隙空间缩小,这将引起渗透率降低。但随着加工温度增加,热膨胀可能诱发煤矩阵压裂。因此,孔隙空间增加会导致渗透率的增加。此外,煤炭矩阵骨折将导致煤炭机械强度(如弹性模量)降低( 53]。因此,透气性又会减少与越来越多的引起骨折。理论上,微波能量治疗不能仅仅引起骨折,增加夹板孔径由热膨胀也促进煤炭压裂选择性加热自然。这是Ruisanchez确认的工作 16]。SEM显微图的粒子微观结构表明,可口可乐粒子比较了微波治疗后(图 11)。Kumar等人也发现断裂的煤量从1.8%上升到16.1%,微波照射通过微焦点x射线计算机断层扫描( 12]。煤炭样品用于这项工作将保持孔隙结构好,这降低了侧围压对孔隙结构的影响。作为讨论的部分 4.2微波能量后,比表面积改变治疗。和比表面积影响透气性( 54, 55]。所有这些因素导致透气性增加起初然后减少处理温度增加在这个研究。这也可能表明,150°C的最优加工温度提高煤渗透率下侧围压(3 MPa和10 MPa)在这项研究中。

分形维数,一个非线性数学方法最初提出的曼德布洛特( 56),已被广泛用于量化煤的结构和物理性质的复杂性( 57, 58]。分形维数 D 可以计算的 22] (4) D = 3 − ln V p ln T 2 − ln T 2 马克斯 , 在哪里 T 2 马克斯 横向弛豫时间的吗 T 2 频谱对应于最大孔隙大小; T 2 横向弛豫时间的吗 T 2 光谱对应的孔隙大小 r ; V p 之间的比率是整个孔隙体积孔隙大小不超过 r 和总孔隙体积。公式的先决条件是横向弛豫时间成正比孔隙大小( 59]。另一个前提是最大值 T 2 价值远远大于最小值 T 2 价值表现的媒介( 59]。在这项研究中,最大 T 2 值是第四个数量级大于最小值 T 2 价值。的曲线 ln V p 与 ln T 2 / T 2 米 一个 x 煤的核心是如图 12。和之间的斜率 ln V p 与 ln T 2 / T 2 米 一个 x 用于计算分形维数。的价值 ln V p 迅速增加起初,然后慢慢增加 ln T 2 / T 2 米 一个 x 增加。这个转折点是关于−7。因此,线性拟合曲线分为两个部分。研究发现,左边部分的斜率大于3。的分形维数计算这将是负面的。这表明计算分形维数据左部曲线更少的物理意义。出于这个原因,计算分形维数 ln T 2 / T 2 米 一个 x 大于7−在这项研究中。

分形维数降低微波能治疗后(图 (13日))。一方面,微波能量治疗会导致煤炭矩阵骨折,这将增加孔隙表面的复杂性。另一方面,微波治疗可能裂缝孔隙表面,产生碎片。碎片会被水饱和的过程中。和孔隙表面会变得光滑。在这项研究中,第二个因素可能更明显。渗透率增加微波治疗后(图 6(一)),而分形维数降低了微波治疗后(图 (13日))。在一般情况下,渗透率随分形维数增加( 60]。然而,分形维数与渗透率在这项研究显示了一个可怜的相关性(图 13 (b))。这可能是由于以下三个原因:(1)样本有限数量的煤芯带来不可避免的错误。(2)误差估计分形维数与假设 T₂是直接与孔隙大小成正比。煤的孔隙结构是复杂的,可能不能完全满足这种假设。(3)气体渗透率测量氮;相比之下,核磁共振测量是基于孔隙结构中的水。首先,分子大小会影响气体运输煤炭( 61年]。其次,水在孔隙结构可能与粘土矿物发生反应,从而影响水路运输( 62年]。第三,煤的膨胀/收缩在气体吸附/解吸影响透气性( 63年]。因此,煤炭运输氮水是不同的。