Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

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

doi: 10.3791/59405 Published: June 12, 2019

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

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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 (Equation 1) مع المعادلة التالية.
      Equation 2
    2. تثبيت الأسطوانة سلسلة من جهاز اختبار تشوه محيطي حول الموقف الأوسط من فحم حجري (الشكل #1) وإصلاح حامل المشبك (الشكل #2). قم بتوصيل جهاز الاستشعار (الشكل #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.
      Equation 3
      هنا، Equation 4 = ضغط الحجم؛ Equation 5 = سلالة محورية؛ Equation 6 = سلالة محيطية.
    2. الحصول على قوة الذروة من منحنى الإجهاد المحوري. ويحسب معدل تخفيض القوة على النحو التالي.
      Equation 7
      هنا، Equation 8 = معدل تخفيض القوة؛ Equation 9 = ذروة قوة العينة تحت ضغطمختلف من ثاني أكسيد الكربون 2؛ Equation 10 = ذروة قوة العينة في الهواء في الغلاف الجوي.
    3. حساب معامل مرنة باستخدام المرحلة الخطية في منحنى الإجهاد المحوري وفقا للمعادلة التالية.
      Equation 11
      هنا، Equation 12 = معامل مرن للعينة؛ Equation 13 = زيادة الإجهاد الخطي المرحلة (في ميغاباسكال)؛ Equation 14 = زيادة سلالة المرحلة الخطية. حساب معدل تخفيض معامل مرنة على النحو التالي.
      Equation 15
      هنا، Equation 16 = معدل تخفيض معامل Equation 12 مرن، = معامل مرن للعينة تحت ضغط مختلف من ثاني أكسيد الكربون2؛ Equation 17 = 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.
      Equation 18
      هنا، Equation 19 = رقم الشبكة لتغطية منطقة الكسر Equation 20 في طول الجانب الشبكة المربعة من ; Equation 21 = ثابت؛ Equation 22 = البعد كسورية; Equation 20 = طول جانبي للشبكة المربعة. الحد الأدنى لحجم الشبكة يساوي حجم البكسل في هذا الاختبار.
      1. حساب معامل الارتباط وفقاً للمعادلة التالية.
        Equation 23
        هنا،Equation 24 = معامل الارتباط؛ Equation 25 = التباين Equation 26 المشترك Equation 27 و; Equation 28 = الفرق Equation 26 في ؛ Equation 29 = الفرق Equation 27 في .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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 3مقارنة الخصائص الميكانيكية بين الفحم الخام وفحم حجري، وأثبت اختبار الامتزاز الخاثير قدرتها المماثلة على امتصاص الغاز (الشكل6). وكانت قوة عينات فحم حجري المستخدمة في الاختبار بعضالتقلبات (الشكل 7). ومع ذلك، بالمقارنة مع انخفاض القوة الناجم عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون، كان طفيفا ً نوعاً ما ولم يكن له تأثير يذكر على تحليل النتائج التجريبية.

عندما تحت ضغوط CO2 مختلفة، وأظهرت منحنيات الإجهاد المحوري ضغط واضح، ومرونة، ومراحل تشوه البلاستيك (الشكل8a). في حالة ما بعد الذروة، فشلت فحم حجري تدريجيا، مع توسيع صدع السطح والاتصال. ولوحظ توسع في حجم الضغط من منحنيات الإجهاد حجم الإجهاد، وزاد مع ضغط ثاني أكسيد الكربون تصبح أعلى (الشكل8أ). تسبب امتصاص ثاني أكسيد الكربون2 في تلف جسم الفحم، مما أدى مباشرة إلى خفض قوته الضاغطة أحادية المحور. وكانت نقاط القوة القصوى للفحم حجري 1.011 مبا، 0.841 مبا، 0.737 مبا، 0.659 مبا، 0.611 مبا، و 0.523 مبا تحت ضغط ثاني أكسيد الكربون من 0 مبا، 0.4 مبا، 0.8 مبا، 1.2 مبا، و 1.6 مبا إلى 2.0 مبا. ومع زيادة ضغط ثاني أكسيد الكربون، انخفضت قوة ذروة عينة الفحم، حيث أظهرت علاقة غير خطية (الشكل8ب). وبالإضافة إلى ذلك، كان معامل مرن 66.974 MPa، 48.271 MPa، 42.234 MPa، 36.434 MPa، 32.509 MPa، و 29.643 MPa، في هذا الترتيب، من ضغط ثانيأكسيد الكربون من 0 إلى 2.0 MPa. وتشير النتائج إلى أن معامل مرن انخفض في ظل حالة CO2 المشبعة وأن العلاقة بين انخفاض معامل مرن وضغط الغاز كانت غير خطية، والتي كانت مماثلة لتلك التي من قوة الذروة (الشكل ).

الصور التي تم الحصول عليها من خلال الكاميرا تدل على تطور الكسور على سطح العينة تحت ضغوط CO2 مختلفة. للتمييز بين كسور مختلفة، تم نقل جميع الصور إلى الصور الثنائية واستخدمت عدة ألوان للإشارة إلى المناطق التي تغطيها الكسور (الشكل9أ). وقد اعتمدت طريقة البعد عد مربع لوصف ميزة الكسور في حالة الفشل (Equation 30; هنا , Equation 31 = الإجهاد من العينة في حالة ما بعد الذروة; Equation 32 = ذروة قوة العينة) تحت ضغوط مختلفة CO 2. معاملات الارتباط بين رقم المربعEquation 33( ) وطول الجانب (Equation 34) كانت كلها أكثر من 0.95 ( الشكل) ، مما يتحقق من الخصائص الكسور كسور واضحة. وكانت الأبعاد كسورية (Equation 35) 1.3495 و1.3711 و1.4336 و1.4637 و1.5175 و1.5191 للفحم اللي تحت 0 مباً و0.4 مباو0.8 مبا و1.2 م با و1.6 م با و2.0 مبا CO2على التوالي. وكانت قيم البعد الكسوري متناسبة مع قيم ضغط ثاني أكسيد الكربون، وأشار اتجاهها إلى تشابه مع درجة الضرر الذي لحق بجسم الفحم.

Figure 1
الشكل 1: الإعداد التجريبي لنظام اختبار اقتران الغاز الصلب ة والثابتة المتصور والثابت. ويبين هذا الرقم إعداد تجربة ضغط أحاديةالمحور للفحم الحامل لثاني أكسيد الكربون 2. (أ) سفينة تحميل متصورة. (ب) وحدة تعبئة الغاز. (C) وحدة التحميل المحورية. (د) وحدة الحصول على البيانات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: سفينة التحميل المتصورة. تظهر الرسومات التخطيطية للسفينة أعلاه. في حين أن العينة (الارتفاع = 100 ملم، القطر = 50 ملم) تكمن داخل السفينة، تم تطبيق الضغط المحوري من قبل آلة الاختبار العالمية المستقلة من خلال مكبس التحميل، وتم حقن الغاز عالي الضغط من خزان الغاز من خلال الأنابيب اللينة والحشوة قناه. وعندما شوهت العينة بالكم البلاستيكي الحراري القابل للتقلص، كان ضغط التحصر قد وفره الهيليوم عالي الضغط. تحرك مكبس الأسطوانات المعدلة وشحن إحدى السفينت المتصورة في وقت واحد، حيث تم تعويض تغيير الحجم الناجم عن الحركة بسبب نفس المساحة المقطعية. أبقى هذا الهيكل حجم السفينة ثابتة والقضاء على القوة المضادة المطبقة على مكبس التحميل من الغاز. ويمكن رصد العينة بكاميرا من خلال النوافذ على ثلاثة جوانب. تم تعيين موصل الطيران في السفينة لاتصال سلك الرصاص. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: أدوات التشكيل المطلوبة للضغط البارد على فحم حجري قياسي. طرق عرض تخطيطية ثلاثية الدّي (29.4 KN لمدّة 15 دقيقة). تكمن العينة في الثقب الداخلي لمكونات الأداة، وكان ارتفاعها وقطرها 100 مم و50 مم على التوالي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: الأداة المطلوبة لتوصيل مكابس التحميل. وجهات النظر التخطيطية 3D من أداة تحديد بين المكبس من اختبار المؤازرة الكهربائية الهيدروليكية والسفينة تصور. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: جهاز اختبار قياسي للتشوه المحيطي لعينات الصخور. التمثيل التخطيطي والمادي لاكتساب التشوه المحيطي المستخدم في البروتوكول. من خلال قياس الإزاحة الزاويّة الناجمة عن تشوه العينة المحيطية، تم الحصول على السلالة المحيطة. هذا الجهاز يمكن أن تعمل بشكل بارز في الغاز الضغط العالي والنفط الهيدروليكي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 6
الشكل 6: مقارنة قدرة الامتزاز بين الفحم الخام وفحم حجري. ويبين الفريق بيانات امتصاص الميثان من اللاوثير باستخدام الفحم الخام وفحم حجري وفقا ً للمعيار GB/T19560-2008. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 7
الشكل 7: منحنيات الإجهاد الإجهاد الكامل المتولدة من نظام الاختبار باستخدام فحم حجري. تم إجراء اختبار ضغط أحادي المحور باستخدام ثلاث عينات فحم حجري دون ملء CO 2، وتظهر النتائج أن فحم حجري لديه قوة ضغط أحادي محوري مستقرة (1.0 MPa). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 8
الشكل 8: تجربة ضغط أحاديالمحور للفحم الحامل لثاني أكسيد الكربون 2. (أ) منحنيات الإجهاد سلالة تحت ضغوط CO2 مختلفة. (ب) اتجاه التغيير في قوة الذروة. (C) اتجاه التغيير في معامل مرنة. وتظهر منحنيات الإجهاد والإجهاد المحوريEquation 36( ) ، ومنحنيات الإجهادEquation 37الظرفية ( )Equation 38، ومنحنيات الإجهاد الحجم ( ) في اللوحة A. بعد ملءمع CO 2، شهدت فحم حجري قوة الذروة والحد من معامل مرنة، والمنحنيات في لوحات B و C تشير إلى علاقة غير خطية بين معدل التخفيض وضغط الغاز. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 9
الشكل 9: صور الكسور والحساب كسورية في حالة الفشل (Equation 39). (أ) تطور الكسر على أسطح قوالب، مع ألوان مختلفة تمثل كسور متنوعة. (B) منحنيات البعد الكسورية باستخدام طريقة البعد عد مربع. تم استخراج الكسور وتم حساب منطقة التغطية على أساس الهندسة كسورية. وكانت جميع معاملات الارتباط (R2)تحت ضغوط CO2 المختلفة أكثر من 0.95، مما يثبت الخصائص كسورية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 10
الشكل 10: الأدوات اللازمة لتطبيق الحمل الديناميكي والصورة لنظام الاختبار. عرض 3D والصورة المادية للقضيب دليل والوزن أسطواني لتطبيق الحمل الديناميكي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

لا. تكوين حبوب الفحم
(0 ~ 1 مم: 1 ~ 3 مم)
تركيز
سولدوم هوميت الحل / ٪
رايتو
(مسحوق الفحم: الأسمنت)
كتلة / ز صب الضغط
/ MPa
الوقت
/ دقيقة
ذروة القوة
/ MPa
1 0.76:0.24 1 0.92:0.08 250 15 15 0.5 0.5
2 4 1
3 7 1.5
4 12 2

الجدول 1: مخطط إعداد قوالب حجرية.

عينه كثافة واضحة
(ز/ سم3)
المساميه
(%)
محتوى الرطوبة
(%)
الرماد المحتوى
(%)
محتوى متقلب
(%)
الحد الأقصى للانعكاس الفيترينيت
(%)
فحم حجري 17 على سبعة عشر 15 4.52 15.52 31.24 سنة 0.82
الفحم الخام 1.4 3.45 4.09 15.36 31.17 سنة 0.85

الجدول 2: مقارنة بارامترات التحليل الصناعي للفحم المنكمع والفحم الخام.

عينه أحادي المحور
ضغط
قوة (MPa)
مرونه
المعامل
(جبا) هل من
الشد
قوه
(م أ)
الداخليه
الاحتكاك
زاوية (°)
التماسك
(م أ)
التبسي
نسبه
الفحم الخام 25.23 4.529 2.30 30 0.800 0.25
فحم حجري 1.011 جنيه 0.067 0.11 29 0.117 0.25

الجدول 3: الخصائص الميكانيكية للفحم الخام وفحم حجري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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. لا تقم بتفكيك السفينة أثناء الاختبار. وعند الانتهاء من التجربة، ينبغي فتح الباب الخلفي للسفينة بعد الإطلاق الكلي للغاز عالي الضغط؛ خلاف ذلك، هناك خطر الإصابة. استخدام مكنسة كهربائية لإزالة جميع القطع من فحم حجري من السفينة، حتى لا تؤثر على كمية امتصاص الغاز خلال الاختبار المقبل.

وقدصُممت الطريقة التجريبية لاقتران ثاني أكسيد الكربون بالفحم لتعزيز دقة الاختبار وتوفير رصد للصور الفوتوغرافية لتجارب الفحم الحاملة للغاز. عينة فحم حجري تمتلك العديد من المزايا، مثل فعالية التكلفة، وعدم السمية، وسهولة التصنيع، والأداء المستقر، وقوة قابلة للتعديل، ومنحنى الامتزاز isothermal يتفق بشكل جيد مع أن من الفحم الخام. اختبار نموذج من انفجار الفحم والغاز يثبت أيضا أن فحم حجري يمكن محاكاة السلوك الامتزاز وdesorptive من الفحم الحاملة للغاز29،31. وبالإضافة إلى ذلك، بعد خمسة أجيال من التحسن، الجهاز التجريبي لديه الآن دقة عالية، والدقة، والاستقرار، والسلامة، والتي تتوافق مع معايير سلامة تجارب الضغط العالي. ولا يوجد شرط خاص لأنواع العينة، ما دامت صخرة مسامية، بما في ذلك الفحم الخام والصخور الصخرية.

الحدود الرئيسية لCO2-الفحم اقتران الأسلوب التجريبي هي، أولا، أن فحم حجري لديه قوة أقل مقارنة مع الفحم الخام، وذلك بسبب طريقة تشكيلها. ولا يزال التشابه بين الخصائص الميكانيكية بين الفحم الخام وفحم حجري يحتاج إلى تحسين، وينبغي تقييم النتائج التجريبية ذات الصلة والتحقق من صحتها عن طريق الفحم الخام واختبار في الموقع. ثانيا، منذ تم تعيين أضواء LED وموصل الطيران في سفينة تصور، فإنه لا ينبغيأن تملأ مع أي غاز قابل للاشتعال، مثل CH 4. وإلا، من المرجح أن يحدث حادث متفجر أثناء تعبئة الغاز. لحسن الحظ، يمكن للغاز غير قابل للاحتراقمماثلة للميثان محاكاة تفاعل CH 4-الفحم وقد ثبت كمادة آمنة وفعالة لتطبيقها في الفحم والغاز انفجار تجارب المحاكاة الفيزيائية32.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تغليف فحم حجري من قبل كم من البلاستيك القابلة للتقلص الحراري ة لحصر الضغط المطبق خلال اختبار الضغط الثلاثي المحور، والتي من الواضح أنها سوف تتحلل نوعية صورة العينة. عندما يتم تحميل العينة تحت ضغط غاز ودرجة حرارة وغاز مختلف، يجب أن يؤخذ المؤشر الديناميكي للانكسار في الاعتبار أثناء التقاط الصور. وبما أن فرق الضغط في الاختبار منخفض نسبياً، يمكن النظر إلى مؤشر الانكسار على أنه ثابت33.

وبصرف النظر عن ضغط أحادي المحور وثلاثي المحور، يمكن تطبيق اضطراب الحمل الديناميكي أثناء الاختبار للتحقيق في التفاعل بين العينة والغاز. يتم إضافة قضيب دليل و1 كجم الوزن أسطواني بين مكابس آلة الاختبار العالمي والسفينة تصور (الشكل10). يتم تثبيت جهاز استشعار الضغط على الجزء السفلي من مكبس التحميل للحصول على الضغط الديناميكي المطبق على العينة. أثناء الاختبار، يتم تحرير الوزن الأسطواني، في ارتفاع معين، في حالات إجهاد مختلفة لدراسة خصائص الفشل الديناميكي للعينة.

يتم الكشف عن الضرر الناجم عن الامتصاص في جسم الفحم بشكل عياني كانخفاض في قوة الضغط أحادي المحور ومعامل مرن. كلما ارتفع ضغط الامتصاص، كلما زاد سبب تلف الفحم، وهو علاقة غير خطية. يمكن وصف عملية الامتزاز من قبل نموذج Langmuir34. وفقا لمعادلة النموذج، Equation 40 (V = حجم الامتزاز المكافئ؛ Vm, b = ثابت; p = ضغط الغاز)، وزيادة كمية الامتزاز مع زيادة ضغط الغاز. ينتج عن هذا الاختلاف معدلات انخفاض مختلفة من قوة الذروة من فحم حجري. قوة الفحم أو خفض معامل مرنة من قبل تشبع CO2 لوحظ من النتائج التجريبية لها تطابق جيد مع البحوث السابقة35،36،37. وفي الختام، يجب أن تكون هناك علاقة معينة بين الضرر الميكانيكي الناجم عن امتصاص وكمية امتصاص الغاز.

يتم تلخيص خصائص تشوه فحم حجري كما ضغط / توسيع اتصال microcracks والتكوين النهائي للكسور العيانية. ويقترح أن تطور كسر CO2-تحمل الفحم أظهرت خصائص كسورية. وكان الحد الأقصى للبعد كسورية 1.5191 (2 MPa CO2)في الاختبار. وبالنظر إلى أن الفحم الخام أكثر غير متجانسة من فحم حجري، فإن قيمة البعد الكسوري قد تكون مختلفة لاختبار الفحم الخام.

الصخرة هي وسيلة صلبة، والآثار الخارجية المختلفة سوف يسبب ضررا لها. ونظراً لعدم اليقين من انتشار الكراك أثناء عملية الفشل، لا سيما بالنظر إلى تأثير اقتران الامتصاص والتحميل، فإن بعض أساليب البحث التقليدية في ميكانيكا الصخور تظهر حدوداً واضحة. ومع ذلك، فإن نظرية كسورية توفر طريقة جديدة لوصف ودراسة العمليات الميكانيكية المعقدة وآليات تطوير كسر الصخور. وقد أوضحت الدراسات السابقة أن تطور كسر المواد الصخرية له ملامح كسورية38،39،40،41. ومع ذلك، لا توجد بحوث اختبارية على تطور كسر الفحم الحامل للغاز، ويرجع ذلك أساسا إلى محدودية الجهاز التجريبي. طريقةCO 2-الفحم اقتران التجريبية يوفر العلماء مع وسيلة لالتقاط واستخراج شبكة كسر السطح من العينة من خلال النوافذ ويحصل على البعد كسورية في ظروف اقتران مختلفة. يمكن استخدام البعد كسورية لوصف كمية درجة الضرر، وتطوير الكسر، وتعقيد القسم من جسم الفحم تحت حالة التحميل. ويمكن أن يصبح مؤشر تقييم للخصائص الهيكلية والخصائص الميكانيكية للفحم. ولذلك، فإنه ذو أهمية كبيرة لتقييم قدرة تخزين الغاز ومعلمات تأثير الحقن في ممارسة العزل الجيولوجي لثاني أكسيد الكربون 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
3Y-Leica MPV-SP photometer microphotometric system Leica,Germany M090063016 Used for vitrinite
reflectance measurement
Automatic isotherm adsorption instrument BeiShiDe Instrument Technology (Beijing)CO.,Ltd. 3H-2000PH Isothermal adsorption test
Electro hydraulic servo universal testing machine Jinan Shidaishijin testing machine CO.,Ltd WDW-100EIII Used to provide
axial pressure
Gas pressure sensor Beijing Star Sensor Technology CO.,LTD CYYZ11 Gas pressure monitoring
Gas tank(carbon dioxide/helium) Heifei Henglong Gas.,Ltd Gas resource
high-speed camera Sony corporation FDR-AX30 Image monitoring
Incubator Yuyao YuanDong Digital Instrument Factory XGQ-2000 Briquette drying
jaw crusher Hebi Tianke Instrument CO.,Ltd EP-2 Coal grinding
Manual pressure reducing valve Shanghai Saergen Instrument CO.,Ltd R41 Outlet gas pressure adjustment
Proximate Analyzer Changsha Kaiyuan Instrument CO.,Ltd 5E-MAG6700 Coal industrial analysis
Resistance strain gauge Jinan Sigmar Technology CO.,LTD ASMB3-16/8 Poisson ratio measurement
Sieve shaker (6,16mesh) Hebi Tianguan Instrument CO.,Ltd GZS-300 Coal powder shelter
Soft pipe Jinan Quanxing High pressure pipe CO.,Ltd Inner diameter=5 mm
maximal pressure=30 MPa
Standard rock sample circumferential deformation test apparatus Huainan Qingda Machinery CO.,Ltd Circumferential deformation
acquisition
Strain controlled
direct shear apparatus
Beijing Aerospace Huayu Test Instrument CO.,LTD ZJ-4A Tensile strength, cohesion, internal friction
angle measurement
Vaccum pump Fujiwara,Japan 750D Used to vaccumize the vessel
Valve Jiangsu Subei Valve Co.,Ltd S4 NS-MG16-MF1 Gas seal
Visual loading vessel Huainan Qingda Machinery CO.,Ltd Instrument for sample
loading and real-time monitoring

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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. Science Press. Beijing, China. (2014).
  8. Scott, A. R. Improving coal gas recovery with microbially enhanced coalbed methane. Coalbed Methane: Scientific, Environmental and Economic Evaluation. Mastalerz, M., Glikson, M., Golding, S. D. Springer. Netherlands. 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. Springer International Publishing. Switzerland. (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. China Architecture & Building Press. Beijing, China. (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. Huazhong University of Science and Technology. Master’s degree thesis (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).
تجربة ضغط أحادية المحور<sub></sub>مع CO 2-وإذ تضع الفحم باستخدام تصور وثابت الحجم الغاز الصلبة اقتران نظام اختبار
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hou, W., Wang, H., Wang, W., Liu, Z., Li, Q. A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System. J. Vis. Exp. (148), e59405, doi:10.3791/59405 (2019).More

Hou, W., Wang, H., Wang, W., Liu, Z., Li, Q. A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System. J. Vis. Exp. (148), e59405, doi:10.3791/59405 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter