Эксперимент по uniaxial Сжатию с CO₂-Bearing Coal с использованием визуализированной и постоянно-объемной газо-твердой системы сцепления

Растущая концентрация CO₂ в атмосфере является прямым фактором, вызывающим эффект глобального потепления. Из-за сильной мощности сорбции угля, поглощение CO₂ в угольном пласте рассматривается как практическое и экологически чистое средство для сокращения глобальных выбросов парниковых газов^1,2,3. В то же время, впрыснутый CO₂ может заменить CH₄ и привести к продвижению добычи газа в углепромере извлечения метана (ECBM) 4,^5,6. Экологические и экономические перспективы секвестра CO₂ в последнее время привлекают внимание всего мира среди исследователей, а также среди различных международных групп по охране окружающей среды и правительственных учреждений.

Уголь является неоднородной, структурно анизотропной породой, состоящей из пор, перелома и угольной матрицы. Структура пор имеет большую специфическую площадь поверхности, которая может адсорбировать большое количество газа, играя жизненно важную роль в улавливании газа, а перелом является основным путем для свободного потока газа^7,8. Эта уникальная физическая структура приводит к большой мощности адсорбции газа для CH₄ и CO_2. Шахтный газ откладывается в угольных пластах в нескольких формах: (1) адсорбируется на поверхности микропор и более крупных пор; (2) поглощается в молекулярной структуре угля; (3) как свободный газ при переломах и больших порах; и (4) растворяется в депозитной воде. Сорбционное поведение угля до CH₄ и CO₂ вызывает отек матрицы, и дальнейшие исследования показывают, что это неоднородный процесс и связан с литотипами угля^9,10,11. Кроме того, газососение может привести к повреждению составной связи угля^12,13,14.

Образец сырого угля обычно используется в экспериментах по совмещению угля и CO 2. В частности, большой кусок сырого угля с рабочего лица в угольной шахте вырезается для подготовки образца. Однако физические и механические свойства сырого угля неизбежно имеют высокую степень дисперсии из-за случайного пространственного распределения естественных пор и переломов в угольном пласте. Кроме того, газоносный уголь является мягким и трудно поддавив сяртый. В соответствии с принципами ортогонального экспериментального метода, брикет, который воссоздан с сырым угольным порошком и цементом, считается идеальным материалом, используемым в тесте сорбции угля^15,16. Будучи холодным нажатием с металлом умирает, его прочность может быть предустановленной и остается стабильным путем корректировки количества цемента, который приносит пользу сравнительный анализ однопеременного эффекта. Кроме того, хотя пористость образца брикета составляет 4-10 раз, что из образца сырого угля, аналогичные характеристики адсорбции и десорбции и стресс-напряжение кривой были найдены в экспериментальных исследованиях^{17,18 , 19 лет , 20}. В этом документе была принята схема аналогичного материала для газоносного угля для подготовки брикета^21. Сырой уголь был взят из 4671B6 рабочего лица в Синьчжуанцзи угольной шахте, Хуайнань, провинция Аньхой, Китай. Угольный пласт находится примерно на 450 м ниже уровня земли и на 360 м ниже уровня моря, а толщина около 15 градусов и составляет около 1,6 м. Высота и диаметр образца брикета составляют 100 мм и 50 мм соответственно, что является рекомендуемым размером, предложенным Международным обществом рок-механики (ISRM)²².

Предыдущие uniaxial или триосиальные инструменты испытания нагрузки для газовых экспериментов угля в лабораторных условиях имеют некоторые недостатки и ограничения, представленные как стипендиаты^{23,24,25,26 ,27,28}: (1) во время процесса погрузки, объем судна уменьшается при движении поршня, вызывая колебания давления газа и нарушения в газоподъемности; (2) трудно проводить мониторинг изображений образцов в режиме реального времени, а также измерения окружной деформации в условиях высокого давления газа; (3) они ограничиваются стимуляцией динамических нарушений нагрузки на предварительно загруженные образцы для анализа их механических характеристик реакции. Для повышения точности прибора и получения данных в газотвердом состоянии соединения была разработана визуализированная и постоянная система испытаний(рисунок1), включая (1) визуализированное погрузочное судно с постоянная камера громкости, которая является основным компонентом; (2) модуль газозаполнения с вакуумным каналом, двумя каналами заполнения и каналом выпуска; (3) осевой погрузочный модуль, состоящий из электрогидравлического сервопривода универсального испытательного аппарата и управляющего компьютера; (4) модуль сбора данных, состоящий из прибора измерения окружного смещения, датчика давления газа и камеры в окне визуализированного погрузочного судна.

Ядро визуализированного судна(рисунок 2) специально разработан так, что два регулирующих цилиндра фиксируются на верхней пластине и их поршни двигаться одновременно с погрузкой один через луч, и секционная область погрузочного поршня равна суммы регулировки цилиндров. Протекает внутреннее отверстие и мягкие трубы, связан газ высокого давления в сосуде и двух цилиндрах. Поэтому, когда погрузочный поршень перемещается вниз и сжимает газ, эта структура может компенсировать изменение объема и устранить помехи давления. Кроме того, во время испытания предотвращается огромная газо-индуцированная контрсила, прилагающая к поршеню, что значительно повышает безопасность прибора. Окна, которые оснащены закаленного боросиликатного стекла и расположены с трех сторон судна, обеспечивают прямой способ сфотографировать образец. Это стекло было успешно протестировано и доказало, что сопротивляется до 10 MPa газа с низкой скоростью расширения, высокой прочностью, световой передачей, и химической стабильности²⁹.

В настоящем документе описывается процедура проведения экспериментапо однооядному сжатию сосущего CO 2-подшипникового угля с новой визуализированной и постоянно-объемной газотвердой системой испытаний соединения, которая включает описание всех частей, которые готовят брикет образец с использованием сырого угольного порошка и хмата натрия, а также последовательные шаги по введению CO₂ высокого давления и проведению одноосного сжатия. Весь процесс деформации образца контролируется с помощью камеры. Этот экспериментальный подход предлагает альтернативный способ количественно госанализа разрушений, вызванных адсорбцией, и эволюции переломов, характерных для газоносного угля.