Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يوضح هذا البروتوكول كيفية إعداد عينة فحم حجري وإجراء تجربة ضغط أحادي المحور مع فحم حجري في ضغوط CO2 مختلفة باستخدام نظام اختبار اقتران الغاز الصلب ة ذات الحجم الثابت والمرئي والثابت. كما يهدف إلى التحقيق في التغيرات من حيث الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للفحم الناجمة عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون.

Abstract

وحقن ثاني أكسيدالكربون (CO 2) في التماس فحم عميق له أهمية كبيرة في الحد من تركيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي وزيادة استعادة الميثان بالفحم. يتم إدخال نظام اقتران الغاز الصلبة ذات الحجم الثابت والمرئي والثابت هنا للتحقيق في تأثير امتصاص ثاني أكسيد الكربون على الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للفحم. القدرة على الحفاظ على حجم ثابت ورصد العينة باستخدام الكاميرا، وهذا النظام يوفر القدرة على تحسين دقة الصك وتحليل تطور الكسر مع طريقة الهندسة كسورية. توفر هذه الورقة جميع الخطوات لإجراء تجربة ضغط أحادي المحور مع عينة فحم حجري في مختلف ضغوط ثاني أكسيد الكربون مع نظام اختبار اقتران الغاز الصلبة. يتم تحميل فحم حجري، مضغوط الباردة من الفحم الخام والاسمنت هوميتالصوديوم، في ارتفاع ضغط CO 2، ويتم رصد سطحه في الوقت الحقيقي باستخدام الكاميرا. ومع ذلك، فإن التشابه بين فحم حجري والفحم الخام لا يزال يحتاج إلىتحسين، ولا يمكن حقن غاز قابل للاشتعال مثل الميثان (CH 4) للاختبار. وتظهر النتائج أن CO2 sorption يؤدي إلى ذروة القوة والحد من معامل مرنة من فحم حجري، وتطور كسر فحم حجري في حالة فشل يشير إلى خصائص كسورية. ترتبط كل من القوة، ومعامل مرن، والبعد كسوري مع ضغط CO2 ولكن ليس مع ارتباط خطي. يمكن أن يكون نظام اختبار اقتران الغاز الصلب ة والثابتة من تصوّر وثابت الحجم بمثابة منصة للبحوث التجريبية حول ميكانيكا الصخور مع النظر في تأثير اقتران متعدد الحقول.

Introduction

إن التركيز المتزايد لثاني أكسيد الكربونفي الغلاف الجوي عامل مباشر يسبب تأثير الاحترار العالمي. نظرا ً لقدرة الامتصاص القوية للفحم، يعتبر عزل ثاني أكسيد الكربون في التماس الفحم وسيلة عملية وصديقة للبيئة للحد من الانبعاثات العالمية لغازات الاحتباس الحراري1 و2و3. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحل ثاني أكسيد الكربون المحقون محل الميثان4 ويؤدي إلى تعزيز إنتاج الغاز في استعادة الميثان بالفحم (ECBM)4و5و6. وقد اجتذبت الآفاق الإيكولوجية والاقتصادية لعزل ثاني أكسيد الكربون مؤخرا ً اهتماماً عالمياً بين الباحثين، وكذلك بين مختلف المجموعات الدولية لحماية البيئة والوكالات الحكومية.

الفحم هو صخرة غير متجانسة، غير متجانسة هيكليا تتكون من المسام، والكسر، ومصفوفة الفحم. هيكل المسام لديه مساحة سطح ية كبيرة محددة، والتي يمكن أن تتنكم كمية كبيرة من الغاز، ولعب دورا حيويا في عزل الغاز، والكسر هو المسار الرئيسي لتدفق الغاز الحر7،8. هذا الهيكل المادي الفريد يؤدي إلى قدرة امتصاص الغاز كبيرة لCH4 وCO2. ويودع غاز المناجم في مفرش الفحم في أشكال قليلة: (1) ممتز على سطح المسام الدقيقة والمسام الأكبر؛ (2) الغازات الممتزة على سطح الجراثيم والمسام الأكبر حجماً؛ (3) الغازات الممتزة على سطح الجراثيم والمسام الأكبر حجماً؛ (3) الغازات الممتزة على سطح الجراثيم والمسام الأكبر حجماً؛ (3) الغازات الممتزة على (2) استيعابها في الهيكل الجزيئي للفحم؛ (3) كغاز حر في كسور والمسام أكبر. و (4) حل في مياه الودائع. سلوك امتصاص الفحم إلى CH4 وCO2 يسبب تورم المصفوفة، ودراسات أخرى تبين أنه عملية غير متجانسة ويرتبط بالكائنات الحجرية الفحم9،10،11. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي امتصاص الغاز إلى تلف في العلاقة التأسيسية للفحم12،13،14.

وتستخدم عينة الفحم الخام عموما في الفحم وCO2 تجارب اقتران. وعلى وجه التحديد، يتم قطع قطعة كبيرة من الفحم الخام من الوجه العامل في منجم للفحم لإعداد عينة. ومع ذلك، فإن الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للفحم الخام لا بد أن يكون لها درجة تشتت عالية بسبب التوزيع المكاني العشوائي للالمسام الطبيعية والكسور في التماس الفحم. وعلاوة على ذلك، فإن الفحم الحامل للغاز لين ويصعب إعادة تشكيله. وفقا لمبادئ الطريقة التجريبية المتعامدة ، ويعتبر فحم حجري ، الذي أعيد تشكيله مع مسحوق الفحم الخام والاسمنت ، كمادة مثالية تستخدم في اختبار امتصاص الفحم15،16. يجري الباردة الضغط مع يموت المعادن، يمكن أن تكون قوتها مسبقا وتبقى مستقرة عن طريق ضبط كمية من الاسمنت، مما يعود بالفائدة على التحليل المقارن للتأثير واحد متغير. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن المسامية من عينة فحم حجري هو ~ 4-10 مرات، أن من عينة الفحم الخام، وخصائص الامتزاز مماثلة وخصائص الامتصاص ومنحنى الإجهاد الإجهاد الإجهاد تم العثور عليها في البحوث التجريبية17،18 , 19 سنة , 20- وفي هذه الورقة، اعتُمد مخطط لمادة مماثلة للفحم الحامل للغاز لإعداد فحم حجري21. تم أخذ الفحم الخام من وجه العمل 4671B6 في منجم فحم شينتشوانغزي، هواينان، مقاطعة انهوى، الصين. يبلغ مستوى الفحم حوالي 450 مترًا تحت مستوى سطح الأرض و360 مترًا تحت مستوى سطح البحر، وينخفض عند حوالي 15 درجة وسمكًا يبلغ حوالي 1.6 متر. ارتفاع وقطر عينة فحم حجري هي 100 ملم و 50 ملم، على التوالي، وهو الحجم الموصى به الذي اقترحته الجمعية الدولية لميكانيكا الصخور (ISRM)22.

أجهزة اختبار التحميل أحادية المحور أو الثلاثي المحور السابقة لتجارب الفحم الحاملة للغاز في ظل الظروف المختبرية لديها بعض النقص والقيود، وقدمت كزملاء23،24،25،26 ،27،28: (1) خلال عملية التحميل ، ينخفض حجم السفينة مع تحرك المكبس ، مما تسبب في تقلبات في ضغط الغاز واضطرابات في امتصاص الغاز؛ (2) من الصعب إجراء رصد الصورة في الوقت الحقيقي للعينات، فضلا عن قياسات تشوه محيطي في بيئة ارتفاع ضغط الغاز؛ (3) وهي تقتصر على تحفيز اضطرابات الحمل الديناميكي على عينات محملة مسبقا لتحليل خصائص الاستجابة الميكانيكية. من أجل تحسين دقة الأداة والحصول على البيانات في حالة اقتران الغاز الصلبة، تم تطويرنظام اختبار تصور وثابت الحجم29 (الشكل 1)، بما في ذلك (1) سفينة تحميل تصور مع غرفة حجم ثابت، وهو العنصر الأساسي؛ (2) وحدة تعبئة الغاز مع قناة فراغ، قناتين ملء، وقناة الإفراج؛ (3) وحدة تحميل محورية تتكون من جهاز اختبار عالمي للأجهزة الكهربائية الهيدروليكية وكمبيوتر التحكم؛ (4) وحدة لاقتناء البيانات تتألف من جهاز لقياس الإزاحة المحيطة، وجهاز استشعار لضغط الغاز، وكاميرا عند نافذة سفينة التحميل المتصورة.

تم تصميم السفينةتصور الأساسية (الشكل 2) على وجه التحديد بحيث يتم إصلاح اثنين من اسطوانات ضبط على اللوحة العليا والمكابس الخاصة بهم تتحرك في وقت واحد مع تحميل واحد من خلال شعاع، والمنطقة المقطعية من مكبس التحميل يساوي مجموع ذلك من اسطوانات ضبط. يتدفق من خلال ثقب داخلي وأنابيب لينة، يتم توصيل الغاز الضغط العالي في السفينة والأسطوانتين. لذلك، عندما يتحرك المكبس تحميل السفينة إلى أسفل ويضغط الغاز، يمكن لهذا الهيكل تعويض التغير في الحجم والقضاء على تداخل الضغط. وبالإضافة إلى ذلك، يتم منع القوة المضادة الهائلة الناجمة عن الغاز التي تمارس على المكبس أثناء الاختبار، مما يحسن بشكل كبير من سلامة الأداة. وتوفر النوافذ، المجهزة بزجاج البورسليكات المقسى وتقع على ثلاثة جوانب من السفينة، طريقة مباشرة لالتقاط صورة للعينة. وقد تم اختبار هذا الزجاج بنجاح وثبت لمقاومة ما يصل إلى 10 MPa الغاز مع انخفاض معدل التوسع، وقوة عالية، ونفاذية الضوء، والاستقرار الكيميائي29.

تصف هذه الورقة الإجراء لإجراء تجربة ضغطأحادي المحور من ثاني أكسيد الكربون- تحمل الفحم مع نظام اختبار اقتران الغاز الصلبة الجديدة والثابتة الحجم، والذي يتضمن وصف جميع القطع التي تعد فحم حجري عينة باستخدام مسحوق الفحم الخام وهومات الصوديوم، فضلا عن الخطوات المتعاقبة لحقن الضغط العالي CO2 وإجراء ضغط أحادي المحور. يتم مراقبة عملية تشوه العينة بأكملها باستخدام كاميرا. ويوفر هذا النهج التجريبي طريقة بديلة لتحليل الضرر الناجم عن الامتزاز وتطور الكسور التي تتسم بها خصائص الفحم الحامل للغاز.

Protocol

1. إعداد عينة

  1. جمع كتل الفحم الخام من وجه العمل 4671B6 من منجم الفحم Xinzhuangzi. لاحظ أنه، بسبب انخفاض قوة ومرونة الهيكل، يتم كسر الفحم الخام وربما مختلطة مع الشوائب. لتجنب تأثير هذه العوامل الداخلية والخارجية، فضلا عن الحد من عدم تجانس الفحم قدر الإمكان، حدد كتل الفحم الكبيرة (حوالي 15 سم طويلة، 10 سم واسعة، وارتفاع 10 سم).
  2. استخدام ملاقط لإزالة الشوائب مختلطة في الفحم وفرك غرفة محطم مع القطن ماصة والأسيتالدهايد.
  3. سحق كتل الفحم إلى قطع صغيرة مع كسارة الفك، والمأوى لهم في شاكر غربال مجهزة شاشات القياسية من 6 و 16 شبكة. وضع مسحوق الفحم فرزها بشكل منفصل وفقا للقطر.
  4. وزن 1000 غرام و300 غرام من الفحم المسحوق مع توزيع حجم الجسيمات من 0-1 مم و 1-3 مم، على التوالي. وضعها معا في كوب في نسبة كتلة من 0.76:0.24 ومزجها بشكل جيد مع قضيب زجاجي (بقطر 6 ملم).
    ملاحظة: وفقا لوظيفة Gaudian-Schuman من نظرية التعبئة المستمرة، عندما تساوي قيمة توزيع حجم الجسيمات (م) ما يقرب من 0.25 (كتلة حجم الجسيمات هو 1-3 ملم: الكتلة الإجمالية = 0.24)، وقوة فحم حجري هو الحد الأقصى30.
  5. لإعداد الاسمنت، وضع 4 غرام من مسحوق هوميت الصوديوم (نقاء 99.99٪) في كوب وإضافة ما يقرب من 96 مل من الماء المقطر. استخدام قضيب زجاجي لتحريكها وتأكد من أن كل هوميت الصوديوم هو ذاب بشكل جيد.
    ملاحظة: تركيز الأسمنت يؤثر مباشرة على قوة الضغط من فحم حجري. ويبين الجدول 1 نسبا محددة من إعداد قوالب حجرية، استخدمت العينة رقم 2 منها للنتائج التمثيلية.
  6. ضعي 230 غرام من مسحوق الفحم المختلط و20 غ من محلول هوميت الصوديوم في كوب وامزجهما معاً.
    ملاحظة: استنادا إلى التجارب السابقة لصنع العينات، وفحم حجري المنتجة مع 250 غرام من المواد، وذلك باستخدام طريقة الصحافة الباردة، ويلبي متطلبات حجم عينة الصخور القياسية22،حيث يمثل مسحوق الفحم 92٪ والاسمنت يمثل 8٪.
  7. الباردة اضغط على فحم حجري باستخدام أدوات تشكيل تكييفها معحجم فحم حجري (الشكل 3).
    1. لإنتاج فحم حجري بحجم قياسي، قم بطلاء السطح الداخلي لأدوات التشكيل بزيت التشحيم. تجميع مكونات أداة #2، #3، #4 من الشكل3، وملء الحفرة مع 250 غرام من المواد المختلطة.
    2. وضع مكون #1 من الشكل 3 على رأس المواد، ووضع كل شيء تحت المكبس من جهاز اختبار عالمي مضاعفات الكهربائية الهيدروليكية.
    3. إطلاق البرنامج WinWdw (أو ما يعادلها) للسيطرة على الكهربائية الهيدروليكية مضاعفات آلة الاختبار العالمي. في البرنامج، انقر على نطاق القوة لتعيين القوة القصوى إلى 50 كيلو إين، وانقر على إعادة تعيين لمسح قيمة الإزاحة.
    4. انقر بزر الماوس الأيمن على عنصر تحكم تحميل قوة الخيار. تعيين نسبة النقل عند 0.1 كيلوN/s. تعيين قيمة القوة المستهدفة عند 29.4 كيلو ً او وقت الاحتجاز عند 900 ق. ثم انقر على ابدأ.
    5. إخراج أدوات تشكيل وعكس لهم على لوحة مطاطية. استخدم مطرقة مطاطية لتفكيك مكونات الأدوات #4 #2 #3 #1 بهذا الترتيب.
  8. ضعي الفحم في حاضنة بزاوية 40 درجة مئوية لمدة 48 ساعة. ثم، تزن كتلتها مع المقاييس الإلكترونية (مع دقة 0.01 غرام) وقياس ارتفاعها وقطرها مع الفرجار فيرنييه (بدقة 0.02 ملم) بعد التجفيف.
  9. قياس محتوى الرطوبة، ومحتوى الرماد، والمحتوى المتقلب للفحم حجري، وذلك باستخدام محلل قريب (انظر جدولالمواد) عند درجة حرارة 20 درجة مئوية والرطوبة النسبية من 65٪ (لكل GB/T القياسية 212-2008). إجراء قياس انعكاس vitrinite على فحم حجري مصقول، وذلك باستخدام مجهر مقياس ضوئي (حسب معيار GB/T 6948-2008).
  10. قياس قوة الضغط أحادي المحور، وقوة الشد، والتماسك، وزاوية الاحتكاك الداخلي، وذلك باستخدام آلة اختبار عالمية وسلالة تسيطر على جهاز القص المباشر (وفقا للمعيار GB / T 23561-2010). إجراء قياس نسبة Poisson باستخدام مقياس إجهاد المقاومة (لكل معيار GB/T 22315-2008).
  11. إجراء اختبار الامتزاز من الفحم الخام وفحم حجري، وذلك باستخدام أداة الامتزاز isotherm (لكل GB/T19560-2008 القياسية).

2- الأساليب التجريبية

  1. الإعداد للمختبرات
    1. ضع نظام الاختبار في منطقة هادئة خالية من الاهتزاز في مختبر نظيف دون تدخل كهرومغناطيسي. يجب أن تظل درجة حرارة الغرفة مستقرة أثناء الاختبار.
    2. وضع السفينة تصور على منصة الكهربائية الهيدروليكية مضاعفات آلة الاختبار العالمي. ربط مكبس آلة الاختبار مع مكبس السفينة المرئية باستخدام أداة محددة (انظر الشكل4).
    3. قم بتثبيت صمام يدوي للحد من الضغط في فوهة خزان الغاز. ربط صمام مع قناة تعبئة الغاز في اللوحة السفلية للسفينة تصور بواسطة الأنابيب الناعمة (مع قطر داخلي من 5 ملم وضغط أقصى من 30 MPa). ربط قناة فراغ ومضخة فراغ مع نفس الأنابيب.
    4. إصلاح الباب الخلفي للسفينة تصور مع مسامير عالية القوة. قم بتوصيل الكمبيوتر، ومربع الحصول على البيانات (مربع DAQ)، ومستشعر ضغط الغاز المضمن إلى الباب الخلفي.
  2. اختبار ضيق الهواء وقياس فارغة
    1. للحصول على بيانات ضغط الغاز في السفينة المرئية، قم بتشغيل برنامج DAQ Sensor-16 (أو ما يعادله). على البرنامج، انقر على ابدأ.
    2. بدء تشغيل مضخة فراغ. فتح صمام V1(الشكل 2) وإغلاق V2، V3، وV4 (الشكل2). فراغ غرفة السفينة تصور. إيقاف V1 وفراغ مضخة حتى يكون تحت فراغ.
    3. فتح V2 وخزان الغاز (مع الهليوم). استخدم صمام تقليل الضغط اليدوي لضبط ضغط منفذ خزان الغاز لتقريب 2 MPa (الضغط النسبي).
    4. مراقبة بعناية منحنى ضغط الغاز المعروضة على DAQ الاستشعار-16. عندما يكون حوالي 2 MPa، إيقاف V2 وخزان الغاز.
      ملاحظة: بعد 24 ساعة، إذا كان الحد من ضغط الغاز أقل من 5٪، وسهولة الختم من السفينة تصور جيدة.
    5. لقياس قوة الاحتكاك من مكبس التحميل تتحرك إلى أسفل، وإطلاق برنامج WinWdw للسيطرة على الكهربائية الهيدروليكية أجهزة آلة الاختبار العالمي.
    6. في البرنامج، انقر على نطاق القوة لتعيين القوة القصوى إلى 5 كيلو واط وانقر على إعادة تعيين لمسح قيمة الإزاحة. انقر بزر الماوس الأيمن على خيار معدل تحميل الإزاحة . تعيين نسبة نقل في 1 مم / دقيقة؛ ثم، انقر على ابدأ.
    7. عندما يكون الإزاحة المعروضة على WinWdw حوالي 5 مم، انقر على إيقاف. انقر بزر الماوس الأيمن على حفظ البيانات لحفظ منحنى إزاحة القوة.
    8. فتح V4 وتصريف الهليوم في الهواء. تفكيك الباب الخلفي للسفينة تصور وإغلاق V4.
      تحذير: يجب أن يكون الباب والنوافذ مفتوحة للتهوية أثناء إطلاق الغاز بسبب خطر الاختناق المحتمل.
  3. تجربة الضغط الأحادي المحوري
    1. قياس الارتفاع (ح) وقطر (د) من فحم حجري مع الفرجار فيرنييه (بدقة 0.02 ملم). وزن كتلة (م) من فحم حجري مع المقاييس الإلكترونية (بدقة 0.01 غرام). حساب كثافتها الظاهرة (figure-protocol-6582) مع المعادلة التالية.
      figure-protocol-6673
    2. تثبيت الأسطوانة سلسلة من جهاز اختبار تشوه محيطي حول الموقف الأوسط من فحم حجري (الشكل5، #1) وإصلاح حامل المشبك (الشكل5، #2). قم بتوصيل جهاز الاستشعار (الشكل5، #3) مع مربع DAQمن خلال موصل الطيران في السفينة تصور (الشكل 2) ووضعها تحت مكبس التحميل.
      ملاحظة: لضمان دقة الحصول على البيانات، اضبط الأسطوانة السلسلة والسطح العلوي للعينة بحيث تكون متوازية مع مكبس التحميل.
    3. إطلاق WinWdw للسيطرة على آلة الاختبار العالمي. في البرنامج، انقر بزر الماوس الأيمن على خيار معدل تحميل الإزاحة . تعيين نسبة تتحرك في 10 مم / دقيقة. ثم، تجميع الباب الخلفي للسفينة تصور.
    4. كرر الخطوات 2.2.1 إلى 2.2.2. فتح V3 وخزان الغاز(CO 2، نقاء = 99.99٪). استخدم صمام تقليل الضغط اليدوي لضبط ضغط منفذ خزان الغاز إلى قيمة معينة.
    5. مراقبة بعناية منحنى ضغط الغاز المعروضة في DAQ الاستشعار-16. عندما يحصل على مقربة بما فيه الكفاية إلى القيمةالمستهدفة، وإغلاق V3 وخزان الغاز (CO 2).
      ملاحظة: عندما يبقى منحنى ضغط الغاز مستقرًا، يصل فحم حجري إلى حالة التوازن الديناميكي للامتصاص والإقباس. بشكل عام، يستغرق 6-8 ساعة للفحم إلى الامتزاز بالكامل. في هذا الاختبار، يتم تعيين وقت الامتزاز في 24 ساعة.
    6. بعد 24 ساعة، ضع الكاميرا مع ترايبود بجانب نافذة السفينة تصور. اضبط الارتفاع والزاوية للتأكد من عرض صورة العينة في وسط شاشة الكاميرا.
    7. بدء تشغيل البرنامج SDU تشوه اكتساب V2.0 (أو ما يعادلها) لرصد تشوه محيطي من فحم حجري. انقر على ابدأ.
    8. على WinWdw، انقر على عينة جديدة واكتب في ارتفاع وقطر فحم حجري ، انقر على المنطقة المقطعية ، ثم انقر على تأكيد. انقر على نطاق القوة لتعيين القوة القصوى إلى 5 كيلو واط، وانقر على إعادة تعيين لمسح قيمة الإزاحة.
    9. انقر بزر الماوس الأيمن على خيار معدل تحميل الإزاحة وتعيين نسبة النقل في 1 مم / دقيقة. وفي الوقت نفسه، اضغط على زر البدء على الكاميرا لبدء تسجيل الفيديو.
    10. عندما تفشل العينة تماما، انقر على إيقاف وحفظ البيانات ، في هذا الترتيب، في كل من WinWdw وSDU اكتساب تشوه V2.0. اضغط على الزر ابدأ مرة أخرى على الكاميرا لإيقاف تسجيل الفيديو.
    11. كرر الخطوة 2.2.8 لإطلاق ثاني أكسيد الكربون2 في غرفة السفينة. افصل موصلات الطيران لمستشعر ضغط الغاز وجهاز اختبار التشوه المحيطي.
    12. انقر بزر الماوس الأيمن على خيار معدل تحميل الإزاحة على WinWdw. تعيين نسبة نقل في 10 مم / دقيقة. عندما يكون مكبس التحميل للوعاء حوالي 2-3 مم فوق فحم حجري، أخرج فحم حجري وأزاله من بكرة السلسلة.
    13. تفكيك أداة الاتصال بين المكابس. تنظيف السفينة تصور مع مكنسة كهربائية.
  4. انجاز
    1. استناداً إلى منحنى الإجهاد المحوري ومنحنى الإجهاد المحيطي التي تم الحصول عليها من WinWdw وSDU اكتساب تشوه V2.0،حساب سلالة حجم العينة مع المعادلة التالية.
      figure-protocol-10067
      هنا، figure-protocol-10141 = ضغط الحجم؛ figure-protocol-10220 = سلالة محورية؛ figure-protocol-10302 = سلالة محيطية.
    2. الحصول على قوة الذروة من منحنى الإجهاد المحوري. ويحسب معدل تخفيض القوة على النحو التالي.
      figure-protocol-10487
      هنا، figure-protocol-10561 = معدل تخفيض القوة؛ figure-protocol-10647 = ذروة قوة العينة تحت ضغطمختلف من ثاني أكسيد الكربون 2؛ figure-protocol-10780 = ذروة قوة العينة في الهواء في الغلاف الجوي.
    3. حساب معامل مرنة باستخدام المرحلة الخطية في منحنى الإجهاد المحوري وفقا للمعادلة التالية.
      figure-protocol-10995
      هنا، figure-protocol-11071 = معامل مرن للعينة؛ figure-protocol-11159 = زيادة الإجهاد الخطي المرحلة (في ميغاباسكال)؛ figure-protocol-11274 = زيادة سلالة المرحلة الخطية. حساب معدل تخفيض معامل مرنة على النحو التالي.
      figure-protocol-11420
      هنا، figure-protocol-11496 = معدل تخفيض معامل figure-protocol-11583 مرن، = معامل مرن للعينة تحت ضغط مختلف من ثاني أكسيد الكربون2؛ figure-protocol-11724 = معامل مرن للعينة في الهواء في الغلاف الجوي.
    4. حدد عينة من الصور أثناء الاختبار وإحصاءات كسر تغطي المنطقة باستخدام برنامج (على سبيل المثال، مكتوبة في MATLAB) وفقا لطريقة البعد عد مربع.
      figure-protocol-11990
      هنا، figure-protocol-12066 = رقم الشبكة لتغطية منطقة الكسر figure-protocol-12166 في طول الجانب الشبكة المربعة من ; figure-protocol-12274 = ثابت؛ figure-protocol-12350 = البعد كسورية; figure-protocol-12434 = طول جانبي للشبكة المربعة. الحد الأدنى لحجم الشبكة يساوي حجم البكسل في هذا الاختبار.
      1. حساب معامل الارتباط وفقاً للمعادلة التالية.
        figure-protocol-12643
        هنا،figure-protocol-12718 = معامل الارتباط؛ figure-protocol-12811 = التباين figure-protocol-12889 المشترك figure-protocol-12965 و; figure-protocol-13042 = الفرق figure-protocol-13118 في ؛ figure-protocol-13197 = الفرق figure-protocol-13273 في .

النتائج

وكان متوسط كتلة عينة فحم حجري 230 غرام. وعلاوة على ذلك، كان المحتوى المتقلب حوالي 31.24٪. كما تم استخراج هومات الصوديوم من الفحم، وكانت مكونات فحم حجري مماثلة للفحم الخام. وترد الخصائص الفيزيائية في الجدول2.

وترد في الجدول 3م...

Discussion

وبالنظر إلى خطر ارتفاع ضغط الغاز، فإن بعض الخطوات الحاسمة مهمة أثناء الاختبار. وينبغي فحص الصمامات وحلقات O واستبدالها بانتظام، ولا ينبغي السماح بأي مصدر للاشتعال في المختبر. عند استخدام صمام تنظيم الضغط اليدوي، يجب على المجرب التواء الصمام ببطء لجعل الضغط في السفينة تصور زيادة تدريجيا. ?...

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

وقد دعم هذا العمل المشروع الوطني الصيني لتطوير الأدوات العلمية الرئيسية (المنحة رقم 51427804) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في مقاطعة شاندونغ (المنحة رقم. ZR2017MEE023).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric systemLeica,GermanyM090063016Used for vitrinite
reflectance measurement
Automatic isotherm adsorption instrumentBeiShiDe Instrument Technology (Beijing)CO.,Ltd.3H-2000PHIsothermal adsorption test
Electro hydraulic servo universal testing machineJinan Shidaishijin testing machine CO.,LtdWDW-100EIIIUsed to provide
axial pressure
Gas pressure sensorBeijing Star Sensor Technology CO.,LTDCYYZ11Gas pressure monitoring
Gas tank(carbon dioxide/helium)Heifei Henglong Gas.,LtdGas resource
high-speed cameraSony corporationFDR-AX30Image monitoring
IncubatorYuyao YuanDong Digital Instrument FactoryXGQ-2000Briquette drying
jaw crusherHebi Tianke Instrument CO.,LtdEP-2Coal grinding
Manual pressure reducing valveShanghai Saergen Instrument CO.,LtdR41Outlet gas pressure adjustment
Proximate AnalyzerChangsha Kaiyuan Instrument CO.,Ltd5E-MAG6700Coal industrial analysis
Resistance strain gaugeJinan Sigmar Technology CO.,LTDASMB3-16/8Poisson ratio measurement
Sieve shaker (6,16mesh)Hebi Tianguan Instrument CO.,LtdGZS-300Coal powder shelter
Soft pipeJinan Quanxing High pressure pipe CO.,LtdInner diameter=5 mm
maximal pressure=30 MPa
Standard rock sample circumferential deformation test apparatusHuainan Qingda Machinery CO.,LtdCircumferential deformation
acquisition
Strain controlled
direct shear apparatus		Beijing Aerospace Huayu Test Instrument CO.,LTDZJ-4ATensile strength, cohesion, internal friction
angle measurement
Vaccum pumpFujiwara,Japan750DUsed to vaccumize the vessel
ValveJiangsu Subei Valve Co.,LtdS4 NS-MG16-MF1Gas seal
Visual loading vesselHuainan Qingda Machinery CO.,LtdInstrument for sample
loading and real-time monitoring

References

  1. Mazzotti, M., Pini, R., Storti, G. Enhanced coalbed methane recovery. Journal of Supercritical Fluids. 47 (3), 619-627 (2009).
  2. Litynski, J., et al. U.S. Department of Energy’s Regional Carbon Sequestration Partnership Program: Overview. Energy Procedia. 1 (1), 3959-3967 (2009).
  3. Lackner, K. S. A Guide to CO2 Sequestration. Science. 300 (5626), 1677-1678 (2015).
  4. Zhou, F. D., et al. A feasibility study of ECBM recovery and CO2, storage for a producing CBM field in Southeast Qinshui Basin, China. International Journal of Greenhouse Gas Control. 19 (19), 26-40 (2013).
  5. Zhou, F., Hussain, F., Cinar, Y. Injecting pure N2 and CO2 to coal for enhanced coalbed methane: Experimental observations and numerical simulation. International Journal of Coal Geology. 116 (5), 53-62 (2013).
  6. Pini, R., Ottiger, S., Storti, G., Mazzotti, M. Pure and competitive adsorption of CO2, CH4 and N2 on coal for ECBM. Energy Procedia. 1 (1), 1705-1710 (2009).
  7. Nie, B. S., Li, X. C., Cui, Y. J., Lu, H. Q. . Theory and application of gas migration in coal seam. , (2014).
  8. Scott, A. R., Mastalerz, M., Glikson, M., Golding, S. D. Improving coal gas recovery with microbially enhanced coalbed methane. Coalbed Methane: Scientific, Environmental and Economic Evaluation. , 89-110 (1999).
  9. Gorucu, F., et al. Effects of matrix shrinkage and swelling on the economics of enhanced-coalbed-methane production and CO2 sequestration in coal. Spe Reservoir Evaluation Engineering. 10 (4), 382-392 (2007).
  10. Liu, S. M., Wang, Y., Harpalani, S. Anisotropy characteristics of coal shrinkage/swelling and its impact on coal permeability evolution with CO2 injection. Greenhouse Gases Science & Technology. 6 (5), 615-632 (2016).
  11. Larsen, J. W. The effects of dissolved CO2, on coal structure and properties. International Journal of Coal Geology. 57 (1), 63-70 (2004).
  12. Mastalerz, M., Gluskoter, H., Rupp, J. Carbon dioxide and methane sorption in high volatile bituminous coals from Indiana, USA. International Journal of Coal Geology. 60 (1), 43-55 (2004).
  13. Li, X. C., Nie, B. S., He, X. Q., Zhang, X., Yang, T. Influence of gas adsorption on coal body. Journal of China Coal Society. 36 (12), 2035-2038 (2011).
  14. Du, Q. H., Liu, X. L., Wang, E. Z., Wang, S. J. Strength Reduction of Coal Pillar after CO2 Sequestration in Abandoned Coal Mines. Minerals. 7 (2), 26-41 (2017).
  15. Zhao, B., et al. Similarity criteria and coal-like material in coal and gas outburst physical simulation. International Journal of Coal Science and Technology. 5 (2), 167-178 (2018).
  16. Xu, J., Ye, G. -. b., Li, B. -. b., Cao, J., Zhang, M. Experimental study of mechanical and permeability characteristics of moulded coals with different binder ratios. Rock and Soil Mechanics. 36 (1), 104-110 (2015).
  17. Barbara, D., et al. Balance of CO2/CH4 exchange sorption in a coal briquette. Fuel Processing Technology. 106 (2), 95-101 (2013).
  18. Benk, A., Coban, A. Molasses and air blown coal tar pitch binders for the production of metallurgical quality formed coke from anthracite fines or coke breeze. Fuel Processing Technology. 92 (5), 1078-1086 (2011).
  19. Zhao, H. B., Yin, G. Z. Study of acoustic emission characteristics and damage equation of coal containing gas. Rock and Soil Mechanics. 32 (3), 667-671 (2011).
  20. Cao, S. G., Li, Y., Guo, P., Bai, Y. J., Liu, Y. B. Comparative research on permeability characteristics in complete stress-strain process of briquette and coal samples. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 29 (5), 899-906 (2010).
  21. Wang, H. P., et al. Development of a similar material for methane-bearing coal and its application to outburst experiment. Rock and Soil Mechanics. 36 (6), 1676-1682 (2015).
  22. Ulusay, R. . The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 2007-2014. , (2015).
  23. Ranathunga, A. S., Perera, M. S. A., Ranjith, P. G. Influence of CO2 adsorption on the strength and elastic modulus of low rank Australian coal under confining pressure. International Journal of Coal Geology. 167, 148-156 (2016).
  24. Ranjith, P. G., Perera, M. S. A. Effects of cleat performance on strength reduction of coal in CO2, sequestration. Energy. 45 (1), 1069-1075 (2012).
  25. Masoudian, M. S., Airey, D. W., El-Zein, A. Experimental investigations on the effect of CO2, on mechanics of coal. International Journal of Coal Geology. 128 (3), 12-23 (2014).
  26. Wang, S. G., Elsworth, D., Liu, J. S. Rapid decompression and desorption induced energetic failure in coal. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 7 (3), 345-350 (2015).
  27. Hadi Mosleh, M., Turner, M., Sedighi, M., Vardon, P. J. Carbon dioxide flow and interactions in a high rank coal: Permeability evolution and reversibility of reactive processes. International Journal of Greenhouse Gas Control. 70, 57-67 (2018).
  28. Abhijit, M., Harpalani, S., Liu, S. M. Laboratory measurement and modeling of coal permeability with continued methane production: Part 1 – Laboratory results. Fuel. 94 (1), 110-116 (2012).
  29. Li, Q. C., et al. Development and application of a gas-solid coupling test system in the visualized and constant volume loading state. Journal of China University of Mining & Technology. 47 (1), 104-112 (2018).
  30. Allen, T. . Particle Size Measure. , (1984).
  31. Wang, H. P., et al. Coal and gas outburst simulation system based on CRISO model. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 34 (11), 2301-2308 (2015).
  32. Zhang, Q. H., et al. Exploration of similar gas like methane in physical simulation test of coal and gas outburst. Rock and Soil Mechanics. 38 (2), 479-486 (2017).
  33. Xia, G. Z. . Study on density and refractive index of near-critical fluid. , (2009).
  34. Ruppel, T. C., Grein, C. T., Bienstock, D. Adsorption of methane on dry coal at elevated pressure. Fuel. 53 (3), 152-162 (1974).
  35. Ranjith, P. G., Jasinge, D., Choi, S. K., Mehic, M., Shannon, B. The effect of CO2 saturation on mechanical properties of Australian black coal using acoustic emission. Fuel. 89 (8), 2110-2117 (2010).
  36. Viete, D. R., Ranjith, P. G. The effect of CO2, on the geomechanical and permeability behaviour of brown coal: Implications for coal seam CO2 sequestration. International Journal of Coal Geology. 66 (3), 204-216 (2006).
  37. Jiang, Y. D., Zhu, J., Zhao, Y. X., Liu, J. H., Wang, H. W. Constitutive equations of coal containing methane based on mixture theory. Journal of China Coal Society. 32 (11), 1132-1137 (2007).
  38. Xie, H. P., Gao, F., Zhou, H. W., Zuo, J. P. Fractal fracture and fragmentation in rocks. Journal of Seismology. 23 (4), 1-9 (2003).
  39. Miao, T. J., Yu, B. M., Duan, Y. G., Fang, Q. T. A fractal analysis of permeability for fractured rocks. International Journal of Heat & Mass Transfer. 81 (81), 75-80 (2015).
  40. Liu, R. C., Jiang, Y. J., Li, B., Wang, X. S. A fractal model for characterizing fluid flow in fractured rock masses based on randomly distributed rock fracture networks. Computers & Geotechnics. 65, 45-55 (2015).
  41. Pan, J. N., et al. Micro-pores and fractures of coals analysed by field emission scanning electron microscopy and fractal theory. Fuel. 164, 277-285 (2016).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

148

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved