تجربة ضغط أحادية المحورمع CO 2-وإذ تضع الفحم باستخدام تصور وثابت الحجم الغاز الصلبة اقتران نظام اختبار

إن التركيز المتزايد لثاني أكسيد الكربون_في 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 الحراري^{1 و2}و3. 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 الحر^7،8. هذا الهيكل المادي الفريد يؤدي إلى قدرة امتصاص الغاز كبيرة لCH₄ وCO_2. 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 الفحم^9،10،11. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي امتصاص الغاز إلى تلف في العلاقة التأسيسية للفحم^12،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 الفحم^15،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 التجريبية^{17،18 , 19 سنة , 20}– وفي هذه الورقة، اعتُمد مخطط لمادة مماثلة للفحم الحامل للغاز لإعداد فحم حجري^21. 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 كزملاء^{23،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 الكيميائي^29.

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.