[发明专利]一种定量表征煤中开放孔含量的方法

权利要求书

1.一种定量表征煤中开放孔含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对采集的煤样进行压汞法试验，并得到相应的进汞、退汞曲线和压汞法滞后环面积；

步骤2：同步对采集的煤样进行低温液氮吸附/解吸试验，并得到相应的低温液氮吸附/解吸试验曲线和滞后环面积；

步骤3：根据步骤2中得到的低温液氮吸附/解吸曲线的滞后环特征，区别开放孔类型煤样或墨水瓶孔类型煤样；

步骤4：根据步骤3中煤样孔隙类型区别结果，结合压汞法试验的滞后环面积和低温液氮吸附/解吸试验的滞后环面积表征相对应孔径的煤的开放孔含量；步骤1中，计算压汞法迟滞系数：

根据Washburn方程，煤中孔径与注汞压力存在以下关系：

式中，r为孔隙直径，μm；P为注汞压力，MPa；σ为汞的表面张力，σ＝0.485N/m；α为汞与煤表面的接触角，α＝130°，将σ和α数值代入公式(1)，即可得到煤中孔隙直径D与注汞压力P的关系：

当进汞压力超过10MPa时，煤基质开始被压缩，导致进汞量与真实孔容之间存在严重偏差，因此压汞试验只计算了大孔和部分中孔1.24701P10MPa，对应孔径124.701D10000nm的迟滞系数，迟滞系数等于迟滞环面积，计算公式如下：

式中，S1、S2分别为压力段0.124701-1.24701MPa、1.24701-10MPa的迟滞系数，mL·MPa/g；f11(x)、f12(x)分别为S1段进汞、退汞曲线的拟合函数，mL/g；f21(x)、f22(x) 分别为S2段进汞、退汞曲线的拟合函数，mL/g；S1、S2共同表征煤中孔径介于124.701-10000nm的开放孔含量；

计算低温液氮吸附/解吸迟滞系数：

在低温液氮的吸附/解吸试验中，孔隙半径可根据Kelvin公式计算得到：

式中，r_k为孔隙半径，m；γ为液氮的表面张力，γ＝8.85×10^-3N/m；Vm为液氮的摩尔体积，Vm＝34.65×10^-6m³/mol；φ为接触角φ＝0°；T是开尔文温度，T＝77.3K；R为气体常数，R＝8.315J/K·mol，将γ、Vm、φ、T和R的数值代入公式(5)，即可得到煤中孔隙直径Dk与相对压力的关系：

式中，Dk为低温液氮吸附/解吸测试的煤中孔隙直径，nm；滞后环多出现在相对压力大于0.5的压力段，根据步骤1中结论：压汞迟滞系数范围D124.701nm，因此将低温液氮的迟滞系数范围划定在相对压力P/P₀为0.5-0.9848，对应的孔径Dk为2.75-124.701nm；将低温液氮的迟滞系数划分为4段进行积分，分别是部分中孔S3，0.9811P/P₀0.9848,100nmDk124.701nm、过渡孔S4，0.95P/P₀0.9811,37.21nmDk100nm、过渡孔S5，0.8263P/P₀0.95,10nmDk37.21nm、微孔S6，0.5P/P₀0.8263,2.75nmDk10nm，其中S3段和S4段都隶属于毛细管凝聚区域，但是S3段数据点较少，只有1个数据点，S4段具有3个数据点，因此和S4段数据同用拟合方程，计算公式如下：

式中，S3、S4、S5、S6分别为相对压力0.9811-0.9848、0.95-0.9811、0.8263-0.95、0.5-0.8263的迟滞系数，mL/g；f31(x)、f32(x)分别是S3和S4段的吸附、脱附曲线拟合函数，mL/g；f41(x)、f42(x)分别是S5段的吸附、脱附曲线拟合函数，mL/g；f51(x)、f52(x)分别是S6段的吸附、脱附曲线拟合函数，mL/g；S3、S4、S5、S6共同表征煤中孔径介于2.75-10000nm的开放孔含量。

2.根据权利要求1所述的定量表征煤中开放孔含量的方法，其特征在于：在上述步骤1中，测试之前，在烘干箱内将采集的煤样干燥至恒重，然后进行测试；试验测试过程中，仪器进汞压力范围为0.034-227.5MPa，对应孔径范围为5.48-36172.71nm。