सीओ2के साथ एक Uniaxial संपीड़न प्रयोग - असर कोयला एक दृश्य और लगातार-Volume गैस-ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली का उपयोग

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Summary

इस प्रोटोकॉल दर्शाता है कि कैसे एक ब्रिकेट नमूना तैयार करने और एक visualized और निरंतर मात्रा गैस ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली का उपयोग कर विभिन्न सीओ2 दबाव में एक ब्रिकेट के साथ एक uniaxial संपीड़न प्रयोग का संचालन करने के लिए. इसका उद्देश्य सीओ2 अधिशोषण द्वारा प्रेरित कोयले के भौतिक और यांत्रिक गुणों के संदर्भ में परिवर्तनों की जांच करना भी है।

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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).

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Abstract

वातावरण में ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता कम करने और कोलबेड मीथेन की वसूली में वृद्धि करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड (ब्व्2) को गहरे कोयले की सीवन में लगाना बहुत महत्वपूर्ण है। कोयले के भौतिक और यांत्रिक गुणों पर सीओ2 अवशोषण के प्रभाव की जांच करने के लिए यहाँ एक कल्पना और स्थिर-मात्रा गैस-ठोस युग्मन प्रणाली शुरू की गई है। एक निरंतर मात्रा रखने के लिए और एक कैमरा का उपयोग कर नमूना की निगरानी करने में सक्षम होने के नाते, इस प्रणाली साधन सटीकता में सुधार और एक भग्न ज्यामिति विधि के साथ फ्रैक्चर विकास का विश्लेषण करने की क्षमता प्रदान करता है. यह कागज गैस ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली के साथ विभिन्न सीओ2 दबावों में एक ब्रिकेट नमूना के साथ एक uniaxial संपीड़न प्रयोग करने के लिए सभी चरणों प्रदान करता है। कच्चे कोयले और सोडियम ह्यूमेट सीमेंट द्वारा एक ब्रिकेट, ठंड से दबाया जाता है, उच्च दबाव वाले सीओ2में लोड किया जाता है, और इसकी सतह को कैमरे का उपयोग करके वास्तविक समय में मस्केट किया जाता है। हालांकि, ब्रिकेट और कच्चे कोयले के बीच समानता अभी भी सुधार की जरूरत है, और एक ज्वलनशील गैस जैसे मीथेन (CH4) परीक्षण के लिए इंजेक्शन नहीं किया जा सकता है. परिणाम बताते हैं कि सीओ2 शोषण शिखर शक्ति और फ़्रीकेट की लोचदार मापांक कमी की ओर जाता है, और एक विफलता राज्य में ब्रिकेट के फ्रैक्चर विकास भग्न विशेषताओं को इंगित करता है। शक्ति, लोचदार मापांक, और भग्न आयाम सभी सीओ2 दबाव के साथ सहसंबद्ध हैं, लेकिन एक रैखिक सहसंबंध के साथ नहीं। कल्पना और निरंतर मात्रा गैस ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली बहुक्षेत्र युग्मन प्रभाव पर विचार रॉक यांत्रिकी के बारे में प्रयोगात्मक अनुसंधान के लिए एक मंच के रूप में सेवा कर सकते हैं.

Introduction

वातावरण में सीओ2 की बढ़ती एकाग्रता एक सीधा कारक ग्लोबल वार्मिंग प्रभाव के कारण है. कोयले की प्रबल अवशोषण क्षमता के कारण, कोयले की सीवन में सीओ2 पृथक्करण को एक व्यावहारिक और पर्यावरण के अनुकूल साधन माना जाता है ताकि ग्रीनहाउस गैस 1,2,3के वैश्विक उत्सर्जन को कम किया जा सके। साथ ही, इंजेक्शन सीओ2 सीएच4 की जगह ले सकता है और इसके परिणामस्वरूप कोलबेड मीथेन रिकवरी (ईसीबीएम)4,5,6में गैस उत्पादन को बढ़ावा मिल सकता है । सीओ2 अलगाव के पारिस्थितिक और आर्थिक संभावनाओं ने हाल ही में शोधकर्ताओं के बीच दुनिया भर में ध्यान आकर्षित किया है, साथ ही विभिन्न अंतरराष्ट्रीय पर्यावरण संरक्षण समूहों और सरकारी एजेंसियों के बीच.

कोयला एक विषम, संरचनात्मक एनिसोट्रोपिक चट्टान है जो छिद्र, फ्रैक्चर, और कोयला मैट्रिक्स से बना है। छिद्र संरचना में एक बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है, जो बड़ी मात्रा में गैस को अधिशोषित कर सकताहै, गैस पृथक्करण में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है, और फ्रैक्चर मुक्त गैस प्रवाह 7,8के लिए मुख्य मार्ग है। इस अनूठी भौतिक संरचना से च4 तथा सव्2के लिए गैस अधिशोषण क्षमता में भारी वृद्धि होती है। मेरा गैस कुछ रूपों में coalbed में जमा है: (1) micropores और बड़े pores की सतह पर adsorbed; (2) कोयला आणविक संरचना में अवशोषित; (3) भंग और बड़े pores में मुक्त गैस के रूप में; और (4) जमा पानी में भंग. ब्एच4 और ब् व्2 को कोयले का शोषण व्यवहार मैट्रिक्स सूजन का कारण बनता है और आगे के अध्ययनों से पता चलता है कि यह एक विषम प्रक्रिया है और यह कोयला लिथोटाइप्स9,10,11से संबंधित है। इसके अतिरिक्त, गैस अवशोषण से कोयला12,13,14के गठन संबंध में क्षति हो सकती है ।

कच्चे कोयला नमूना आम तौर पर कोयला और सीओ2 युग्मन प्रयोगों में प्रयोग किया जाता है। विशेष रूप से, एक कोयला खान में काम कर चेहरे से कच्चे कोयले का एक बड़ा टुकड़ा एक नमूना तैयार करने के लिए काट रहा है. हालांकि, कच्चे कोयले के भौतिक और यांत्रिक गुणों अनिवार्य रूप से प्राकृतिक pores और एक कोयला सीवन में भंग की यादृच्छिक स्थानिक वितरण के कारण एक उच्च फैलाव डिग्री है। इसके अलावा, गैस असर कोयला नरम और आकार देने के लिए मुश्किल है। लंबकोणीय प्रायोगिक विधि के सिद्धांतों के अनुसार ब्रिकेट, जिसे कच्चे कोयला पाउडर और सीमेंट से पुनर्गठित किया जाता है, को कोयला शोषण परीक्षण15,16में प्रयुक्त एक आदर्श सामग्री माना जाता है। धातु के साथ ठंड दबाया जा रहा है, अपनी ताकत पूर्व निर्धारित किया जा सकता है और सीमेंट की मात्रा है, जो एकल चर प्रभाव के तुलनात्मक विश्लेषण लाभ का समायोजन करके स्थिर रहता है. इसके अतिरिक्त, हालांकि ब्रिकेट नमूने की porosity है $4-10 बार, कच्चे कोयला नमूने की है कि, इसी तरह के अधिशोषण और desorption विशेषताओं और तनाव तनाव वक्र प्रयोगात्मक अनुसंधान में पाया गया है17,18 , 19 , 20. इस पत्र में गैस धारी वाले कोयले के लिए इसी प्रकार की सामग्री की एक योजना अपनाई गई है ताकि ब्रिकेट21तैयार किया जा सके। कच्चे कोयला Xinzhuangzi कोयला खान, Huainan, Anhui प्रांत, चीन में 4671B6 काम कर चेहरे से लिया गया था. कोयला सीवन लगभग 450 मीटर जमीन के स्तर से नीचे और 360 मीटर समुद्र स्तर से नीचे है, और यह लगभग 15 डिग्री पर डुबकी और मोटाई में लगभग 1.6 मीटर है। ब्रिकेट नमूने की ऊंचाई और व्यास क्रमशः 100 मिमी और 50 मिमी है, जो इंटरनेशनल सोसायटी फॉर रॉक मैकेनिक्स (आईएसआरएम)22द्वारा सुझाए गए अनुशंसित आकार है।

प्रयोगशाला परिस्थितियों के अंतर्गत गैसधारी कोयला प्रयोगों के लिए पिछले एकाक्षयायाल या त्रिअक्षीय लदान परीक्षण उपकरणों में कुछ कमी और सीमाएं होती हैं, जिन्हें साथी23,24,25,26 के रूप में प्रस्तुत किया जाता है ,27,28: (1) लोडिंग प्रक्रिया के दौरान, पोत की मात्रा पिस्टन चलती के साथ कम हो जाती है, गैस के दबाव में उतार चढ़ाव और गैस शोषण में गड़बड़ी के कारण; (2) नमूनों की वास्तविक समय छवि निगरानी, साथ ही एक उच्च गैस दबाव वातावरण में परिधीय विरूपण माप, आचरण करने के लिए मुश्किल है; (3) वे अपने यांत्रिक प्रतिक्रिया विशेषताओं का विश्लेषण करने के लिए preloaded नमूनों पर गतिशील लोड गड़बड़ी की उत्तेजना तक सीमित हैं. गैस ठोस युग्मन हालत में साधन परिशुद्धता और डेटा अधिग्रहण में सुधार करने के लिए, एक कल्पना और निरंतर मात्रा परीक्षण प्रणाली29 विकसित किया गया है (चित्र 1), सहित (1) एक के साथ एक कल्पना लोडहोरहाइज़िंग पोत स्थिर मात्रा कक्ष, जो मुख्य घटक है; (2) एक वैक्यूम चैनल, दो भरने चैनलों, और एक रिलीज चैनल के साथ एक गैस भरने मॉड्यूल; (3) एक अक्षीय लोडिंग मॉड्यूल एक विद्युत-हाइड्रीय इमदादी सार्वभौमिक परीक्षण मशीन और नियंत्रण कंप्यूटर से मिलकर; (4) एक डेटा अधिग्रहण मॉड्यूल एक परिधीय विस्थापन माप उपकरण, एक गैस दबाव सेंसर, और visualized लोडहोज पोत की खिड़की पर एक कैमरा के शामिल.

कोर विज़ुअलाइज़्ड पोत (चित्र 2) विशेष रूप से इस प्रकार बनाया गया है कि दो समायोजन सिलेंडर ऊपरी प्लेट पर स्थिर हो जाएँ और उनके पिस्टन एक बीम के माध्यम से लोडिंग एक के साथ चलते हैं, और लोडिंग पिस्टन का अनुभागीय क्षेत्र के बराबर है समायोजन सिलेंडरों का योग। एक आंतरिक छेद और नरम पाइप के माध्यम से बह, पोत में उच्च दबाव गैस और दो सिलेंडर जुड़ा हुआ है. इसलिए, जब पोत-लोडिंग पिस्टन नीचे की ओर जाता है और गैस को संपीड़ित करता है, तो यह संरचना मात्रा में परिवर्तन को ऑफसेट कर सकती है और दबाव हस्तक्षेप को समाप्त कर सकती है। इसके अलावा, पिस्टन पर लगाया भारी गैस प्रेरित counterforce परीक्षण के दौरान रोका जाता है, काफी साधन की सुरक्षा में सुधार. खिड़कियां, जो टेम्पर्ड बोरोसिलिकेट ग्लास से सुसज्जित हैं और पोत के तीन पक्षों पर स्थित हैं, नमूने की एक तस्वीर लेने के लिए एक सीधा रास्ता प्रदान करते हैं। इस कांच का सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया है और कम विस्तार दर, उच्च शक्ति, प्रकाश संचरण, और रासायनिक स्थिरता29के साथ 10 एमपीए गैस तक का विरोध करने के लिए साबित कर दिया है।

यह कागज सीओ2के एक uniaxial संपीड़न प्रयोग करने के लिए प्रक्रिया का वर्णन करता है - नए visualized और निरंतर मात्रा गैस ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली है, जो सभी टुकड़ों है कि एक ब्रिकेट तैयार का वर्णन भी शामिल है के साथ कोयला असर कच्चे कोयला पाउडर और सोडियम humate का उपयोग कर नमूना, साथ ही लगातार कदम उच्च दबाव सीओ2 इंजेक्ट करने के लिए और uniaxial संपीड़न आचरण. पूरे नमूना विरूपण प्रक्रिया एक कैमरा का उपयोग कर नजर रखी है. इस प्रयोगात्मक दृष्टिकोण मात्रा में अधिशोषण प्रेरित क्षति और गैस असर कोयले की फ्रैक्चर विकास विशेषता का विश्लेषण करने के लिए एक वैकल्पिक तरीका प्रदान करता है।

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Protocol

1. नमूना तैयारी

  1. Xinzhuangzi कोयला खान से 4671B6 काम कर चेहरे से कच्चे कोयला ब्लॉकों लीजिए. ध्यान दें कि, कम शक्ति और संरचना के ढीलेपन के कारण, कच्चे कोयला टूट गया है और शायद अशुद्धियों के साथ मिलाया. इन आंतरिक और बाह्य कारकों के प्रभाव से बचने के लिए, साथ ही जितना संभव हो उतना कोयला की असमानता को कम करने के लिए, बड़े कोयला ब्लॉकों का चयन करें (लगभग 15 सेमी लंबा, 10 सेमी चौड़ा, और 10 सेमी अधिक)।
  2. कोयले में मिश्रित अशुद्धियों को दूर करने के लिए एक ट्वीजर का उपयोग करें और शोषक कपास और एसीटैल्डिहाइड के साथ क्रशर चैम्बर को साफ़ करें।
  3. एक जबड़े क्रशर के साथ छोटे टुकड़ों में कोयला ब्लॉक लूट, और 6 और 16 जाल के मानक स्क्रीन के साथ सुसज्जित एक छलनी शेकर में उन्हें आश्रय। क्रम्त कोयला पाउडर को व्यास के अनुसार अलग से रखें।
  4. वजन 1,000 ग्राम और 300 ग्राम चूर्णित कोयले का भार क्रमशः 0ण्1 उउ तथा 1ण् 3 उउ के कण आकार वितरण के साथ। उन्हें एक बीकर में 0.76:0.24 के एक बड़े पैमाने पर अनुपात में एक साथ रखो और उन्हें अच्छी तरह से एक गिलास छड़ी के साथ मिश्रण (6 मिमी के एक व्यास के साथ).
    नोट: निरंतर पैकिंग सिद्धांत के गौड़ी-स्चून समारोह के अनुसार, जब कण आकार वितरण मूल्य (m) लगभग 0.25 के बराबर होती है (कण आकार का द्रव्यमान 1-3 मिमी है: कुल द्रव्यमान - 0.24), ब्रिकेट की ताकत अधिकतम30है।
  5. सीमेंट तैयार करने के लिए, 4 ग्राम सोडियम ह्यूमेट पाउडर (99.99% शुद्धता) को बीकर में डाल दें और लगभग 96 एमएल आसुत जल डालें। उन्हें हलचल और सुनिश्चित करें कि सभी सोडियम humate अच्छी तरह से भंग कर रहा है बनाने के लिए एक गिलास रॉड का प्रयोग करें।
    नोट: सीमेंट की एकाग्रता सीधे ब्रिकेट की संपीड़न शक्ति को प्रभावित करता है। तालिका 1 ब्रिकेट तैयारी के विशिष्ट अनुपातों का पता लगाता है, जिनमें से प्रतिनिधि परिणामों के लिए नंबर 2 नमूने का उपयोग किया गया है।
  6. 230 ग्राम मिश्रित कोयला पाउडर और 20 ग्राम सोडियम हुमेट घोल को बीकर में डालकर मिला लें।
    नोट: नमूने बनाने के पिछले अनुभवों के आधार पर, एक ब्रिकेट सामग्री के 250 ग्राम के साथ उत्पादित, ठंड प्रेस विधि का उपयोग कर, एक मानक रॉक नमूना22के आकार की आवश्यकता को पूरा करती है, जहां कोयला पाउडर 92% के लिए खातों और सीमेंट 8% के लिए खातों.
  7. ब्रिकेट के आकार के लिए अनुकूलित आकार देने वाले उपकरणों का उपयोग करके ब्रिकेट को ठंडा करें (चित्र3)।
    1. एक मानक आकार ब्रिकेट का उत्पादन करने के लिए, चिकनाई तेल के साथ आकार देने के उपकरणों की भीतरी सतह कोट। उपकरण घटकों को इकट्ठा #2, #3, और चित्रा 3के #4, और 250 ग्राम मिश्रित सामग्री के साथ छेद को भरें।
    2. सामग्री के शीर्ष पर चित्रा 3 के घटक #1 रखो, और एक विद्युत-हाइड्रोलिक इमदादी सार्वभौमिक परीक्षण मशीन के पिस्टन के तहत सब कुछ जगह है।
    3. इलेक्ट्रो-हाइड्राल्यूड इमदादी यूनिवर्सल टेस्टिंग मशीन को नियंत्रित करने के लिए सॉफ्टवेयर WinWdw (या समकक्ष) लॉन्च करें। सॉफ्टवेयर में, 50 kN करने के लिए अधिकतम बल सेट करने के लिए फोर्स रेंज पर क्लिक करें, और विस्थापन मान स्पष्ट करने के लिए रीसेट पर क्लिक करें।
    4. विकल्प बल लोड हो रहा नियंत्रण पर बाएँ क्लिक करें. गतिमान अनुपात को 0.1 kN/s पर सेट करें, लक्ष्य बल मान को 29.4 kN पर सेट करें और समय को 900 s पर धारण करें। उसके बाद, प्रारंभपर क्लिक करें.
    5. आकार देने के उपकरण बाहर ले लो और उन्हें एक रबर की थाली पर उलटा. उस क्रम में #4, #2, #3, और #1 उपकरण घटकों को अलग करने के लिए एक रबर हथौड़ा का उपयोग करें।
  8. 48 एच के लिए एक 40 डिग्री सेल्सियस इनक्यूबेटर में ब्रिकेट रखो। फिर, इलेक्ट्रॉनिक तराजू के साथ अपने बड़े पैमाने पर वजन (0.01 जी की एक परिशुद्धता के साथ) और एक Vernier कैलिपर के साथ अपनी ऊंचाई और व्यास को मापने (0.02 मिमी की एक परिशुद्धता के साथ) सुखाने के बाद.
  9. 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर और 65% (मानक GB/T 212-2008) के तापमान पर एक समीपस्थ विश्लेषक (सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करके ब्रिकेट की नमी सामग्री, और अस्थिर सामग्री को मापें। पॉलिश ब्रिकेट पर एक विट्रिनाइट रिफ्लेक्ट्रेशन माप निष्पादित करें, एक फोटोमीटर माइक्रोस्कोप (मानक जीबी/टी 6948-2008 के अनुसार) का उपयोग करते हुए।
  10. एक सार्वभौमिक परीक्षण मशीन और एक तनाव नियंत्रित प्रत्यक्ष कतरनी उपकरण (मानक जीबी / टी 23561-2010) का उपयोग कर, uniaxial संपीड़न शक्ति, तन्य शक्ति, सामंजस्य, और आंतरिक घर्षण कोण को मापने। एक प्रतिरोध तनाव गेज (मानक GB/T 22315-2008 के अनुसार) का उपयोग कर एक Poison अनुपात माप प्रदर्शन करते हैं।
  11. समताप ीय अधिशोषण यंत्र (मानक GB/T19560-2008) का उपयोग करके कच्चे कोयले और ब्रिकेट का अधिशोषण परीक्षण करें.

2. प्रायोगिक तरीके

  1. प्रयोगशाला सेटअप
    1. विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के बिना एक स्वच्छ प्रयोगशाला के एक शांत, कंपन मुक्त क्षेत्र में परीक्षण प्रणाली रखें. परीक्षण के दौरान कमरे का तापमान स्थिर रहना चाहिए।
    2. विद्युत-हाइड्रिकल इमदादी सार्वभौमिक परीक्षण मशीन के मंच पर कल्पना पोत रखो. किसी विशिष्ट उपकरण के उपयोग से अभिकल्पित पात्र के पिस्टन को किसी विशिष्ट उपकरण के उपयोग से कनेक्ट करें (चित्र 4देखें).
    3. गैस टैंक नोजल में एक मैनुअल दबाव कम करने वाल्व स्थापित करें। नरम पाइप द्वारा कल्पना पोत के नीचे थाली पर गैस भरने चैनल के साथ वाल्व कनेक्ट (5 मिमी के एक आंतरिक व्यास और 30 MPa के एक अधिकतम दबाव के साथ). वैक्यूम चैनल और वैक्यूम पंप को एक ही पाइप से लिंक करें।
    4. उच्च शक्ति बोल्ट के साथ कल्पना पोत के पीछे के दरवाजे को ठीक करें। कंप्यूटर, डेटा प्राप्ति बॉक्स (DAQ बॉक्स), और एम्बेडेड गैस दबाव सेंसर पीछे के दरवाजे से कनेक्ट करें।
  2. एयर जकड़न परीक्षण और खाली माप
    1. कल्पना पोत में गैस दबाव डेटा प्राप्त करने के लिए, सॉफ्टवेयर DAQ सेंसर-16 (या समकक्ष) शुरू. सॉफ़्टवेयर पर, प्रारंभकरें पर क्लिक करें.
    2. वैक्यूम पंप शुरू करें। वाल्व ट1 खोलें (चित्र 2) और ड2, ट3 तथा ट4 को बंद करें (चित्र 2)। कल्पना पोत कक्ष वैक्यूम. V1 बंद करें और यह वैक्यूम के तहत है जब तक यह वैक्यूम पंप.
    3. खुला V2 और गैस टैंक (हीलियम के साथ). लगभग 2 MPa (रिश्तेदार दबाव) के लिए गैस टैंक के आउटलेट दबाव को समायोजित करने के लिए मैनुअल दबाव कम करने वाल्व का प्रयोग करें.
    4. DAQ सेंसर-16पर प्रदर्शित गैस दबाव वक्र का सावधानीपूर्वक निरीक्षण करें। जब यह 2 MPa के बारे में है, V2 और गैस टैंक बंद कर देते हैं.
      नोट: 24 ज के बाद, यदि गैस के दबाव में 5% से कम है, तो विज़ुअलाइज़्ड पोत की सीलनीयता अच्छी है।
    5. लोडिंग पिस्टन के घर्षण बल को मापने के लिए नीचे की ओर बढ़ रहा है, सॉफ्टवेयर WinWdw शुरू करने के लिए विद्युत हाइड्रोलिक इमदादी सार्वभौमिक परीक्षण मशीन को नियंत्रित करने के लिए.
    6. सॉफ्टवेयर में, 5 kN करने के लिए अधिकतम बल सेट करने के लिए बल रेंज पर क्लिक करें और विस्थापन मूल्य स्पष्ट करने के लिए रीसेट पर क्लिक करें। विकल्प विस्थापन लोड हो रहा है दरपर बाएँ क्लिक करें | गतिमान अनुपात को 1 मिमी/मिनट पर सेट करें; फिर, प्रारंभपर क्लिक करें.
    7. WinWdw पर प्रदर्शित विस्थापन लगभग 5 मिमी है, बंद करोपर क्लिक करें. बल विस्थापन वक्र को सहेजने के लिए डेटा सहेजें पर बाएँ-क्लिक करें.
    8. खुला V4 और हवा में हीलियम निर्वहन. कल्पना पोत के पीछे के दरवाजे को अलग करें और V4 को बंद करें।
      चेतावनी: संभव घुटन के खतरे के कारण गैस रिलीज के दौरान वेंटिलेशन के लिए दरवाजा और खिड़कियां खुली होनी चाहिए।
  3. यूनिअक्षीय संपीडन प्रयोग
    1. एक वर्नियर कैलिपर के साथ ब्रिकेट की ऊंचाई (ज) और व्यास (घ) को मापने (0.02 मिमी की परिशुद्धता के साथ)। इलेक्ट्रॉनिक तराजू के साथ ब्रिकेट के द्रव्यमान (m) वजन (0.01 ग्राम की परिशुद्धता के साथ)। निम्नलिखित समीकरणEquation 1के साथ इसकी आभासी घनत्व () की गणना कीजिए।
      Equation 2
    2. ब्रिकेट के मध्य स्थिति के चारों ओर परिधीय विरूपण परीक्षण तंत्र का श्रृंखला रोलर स्थापित करें (चित्र 5, #1) और क्लैम्प धारक को ठीक करें (चित्र 5, #2)। संवेदक को कनेक्ट करें (चित्र 5, #3) विमानन कनेक्टर के माध्यम से विमानन कनेक्टर के माध्यम से दृश्यित पोत में (चित्र 2) और उन्हें लोडिंग पिस्टन के नीचे रखें।
      नोट: डेटा अधिग्रहण की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, श्रृंखला रोलर और नमूना के शीर्ष सतह को समायोजित इतना है कि वे लोड हो रहा है पिस्टन के समानांतर हैं.
    3. यूनिवर्सल परीक्षण मशीन को नियंत्रित करने के लिए WinWdw लॉन्च करें। सॉफ्टवेयर में, विकल्प विस्थापन लोड हो रहा है दरपर छोड़ क्लिक करें | 10 मिमी/मिनट पर चलती अनुपात सेट करें, जब तक कि पिस्टन और नमूने के बीच बाईं दूरी 1-2 मिमी तक सार्वभौमिक परीक्षण मशीन के दूरस्थ नियंत्रक पर नीचे बटन दबाएं। फिर, कल्पना पोत के पीछे के दरवाजे को इकट्ठा.
    4. 2.2.1-2.2.2 चरणों को दोहराएँ. खुला V3 और गैस टैंक (सीओ2, शुद्धता $ 99.99%). एक निश्चित मूल्य के लिए गैस टैंक के आउटलेट दबाव को समायोजित करने के लिए मैनुअल दबाव कम करने वाल्व का प्रयोग करें।
    5. DAQ सेंसर-16में प्रदर्शित गैस दाब वक्र का सावधानीपूर्वक निरीक्षण करें। जब यह लक्ष्य मान के लिए पर्याप्त बंद हो जाताहै, बंद V3 और गैस टैंक (सीओ 2).
      नोट: जब गैस दाब वक्र स्थिर रहता है, तो ब्रिकेट अपने अधिशोषण और विशोषण गतिशील संतुलन अवस्था तक पहुँच जाता है। आम तौर पर, यह पूरी तरह से adsorb करने के लिए ब्रिकेट के लिए 6-8 एच लेता है। इस परीक्षण में, अधिशोषण समय 24 ज पर सेट किया गया है।
    6. 24 ज के बाद, दृश्य पोत की खिड़की के बगल में एक तिपाई के साथ कैमरा जगह है. ऊंचाई और कोण समायोजित करने के लिए सुनिश्चित करें कि नमूना की छवि कैमरा स्क्रीन के केंद्र में दिखाया गया है.
    7. सॉफ्टवेयर SDU विरूपण अधिग्रहण V2.0 (या समकक्ष) ब्रिकेट के परिपरिधीय विरूपण की निगरानी करने के लिए प्रारंभ करें। प्रारंभपर क्लिक करें.
    8. WinWdwपर, नया नमूना पर क्लिक करें और ऊंचाई और ब्रीकेट के व्यास में टाइप करें, अनुभागीय क्षेत्रपर क्लिक करें, और फिर पुष्टि करेंपर क्लिक करें. 5 kN करने के लिए अधिकतम बल सेट करने के लिए बल रेंज पर क्लिक करें, और विस्थापन मान स्पष्ट करने के लिए रीसेट करें पर क्लिक करें।
    9. विकल्प विस्थापन लोड िंग दर पर बाएँ क्लिक करें और 1 mm/min पर चलती अनुपात सेट करें. नमूना संपीड़ित करने के लिए प्रारंभ करें पर क्लिक करें. एक ही समय में, वीडियो रिकॉर्डिंग शुरू करने के लिए कैमरे पर प्रारंभ बटन दबाएँ।
    10. जब नमूना पूरी तरह से विफल रहता है, तो WinWdw और SDU विरूपण अधिग्रहण V2.0दोनों में, उस क्रम में, बंद करो और डेटा सहेजेंपर क्लिक करें। वीडियो रिकॉर्डिंग रोकने के लिए प्रारंभ बटन को कैमरे पर पुन: दबाएँ.
    11. पोत कक्ष में सीओ2 को छोड़ने के लिए चरण 2.2.8 दोहराएँ। गैस दबाव सेंसर और परिधीय विरूपण परीक्षण उपकरण के लिए विमानन कनेक्टर्स डिस्कनेक्ट करें।
    12. WinWdwपर विकल्प विस्थापन लोड हो रहा है दर पर बाएँ क्लिक करें | 10 mm/min. पर चलती अनुपात सेट यूनिवर्सल परीक्षण मशीन के दूरस्थ नियंत्रक पर ऊपर बटन दबाएँ. जब पोत का लोडिंग पिस्टन ब्रिकेट के ऊपर लगभग 2-3 मिमी हो, तो ब्रिकेट को बाहर निकाल लें और इसे चेन रोलर से हटा दें।
    13. पिस्टन के बीच जोड़ने के उपकरण को भंग. एक वैक्यूम क्लीनर के साथ कल्पना पोत साफ करें।
  4. समापन
    1. WinWdw और SDU विरूपण अधिग्रहण V2.0से प्राप्त तनाव-अक्षीय तनाव वक्र और परिधीय तनाव वक्र के आधार पर, निम्नलिखित समीकरण के साथ नमूने की मात्रा तनाव की गणना.
      Equation 3
      यहाँ, Equation 4 $ मात्रा तनाव; Equation 5 - अक्षीय तनाव; Equation 6 - परिधीय तनाव।
    2. प्रतिबल-अक्षीय विकृति वक्र से शिखर सामर्थ्य प्राप्त की जा सके। शक्ति में कमी की दर की गणना निम्नानुसार की जाती है।
      Equation 7
      यहाँ, Equation 8 $ शक्ति में कमी की दर; Equation 9 श् ब्व्2के भिन्न दाब के अन्तर्दर्शी नमूने की शिखर सामर्थ्य ; Equation 10 श् वायुमंडलीय वायु में नमूने की शिखर शक्ति।
    3. निम्नलिखित समीकरण के अनुसार दबाव-अक्षीय विकृति वक्र में रैखिक अवस्था का उपयोग करके प्रत्यास्थ मापांक परिकलित कीजिए।
      Equation 11
      यहाँ, Equation 12 नमूना के लोचदार मापांक; Equation 13 रैखिक चरण की तनाव वृद्धि (मेगापैस्कल में); Equation 14 - रैखिक चरण की तनाव वृद्धि। प्रत्यास्थ मापांक न्यूनीकरण दर निम्नानुसार परिकलित कीजिए।
      Equation 15
      यहाँ, Equation 16 ब्व्2के Equation 12 किसी भिन्न दाब के अंतर्गत नमूना के प्रत्यास्थ मापांक दर र्ं प्रत्यास्थ मापांक में कमी की गई है। Equation 17 श् वायुमंडलीय वायु में नमूने का प्रत्यास्थ मापांक।
    4. बॉक्स-काउंटिंग आयाम विधि के अनुसार किसी प्रोग्राम (उदाहरण के लिए, MATLAB में लिखा गया) का उपयोग करके परीक्षण और आंकड़ों के फ्रैक्चर कवर क्षेत्र के दौरान नमूना फ़ोटो का चयन करें.
      Equation 18
      यहाँ, Equation 19 के वर्ग ग्रिड पक्ष लंबाई में फ्रैक्चर Equation 20 क्षेत्र को कवर करने के लिए ग्रिड संख्या; Equation 21 एक स्थिर ] ; Equation 22 [ भग्न आयाम; Equation 20 वर्ग ग्रिड के ] पक्ष लंबाई। न्यूनतम ग्रिड आकार इस परीक्षण में पिक्सेल आकार के बराबर होता है।
      1. निम्न समीकरण के अनुसार सहसंबंध गुणांक की गणना कीजिए।
        Equation 23
        यहाँ,Equation 24 $ सहसंबंध गुणांक; का सहप्रसरण Equation 27 और ; Equation 25 Equation 26 Equation 28 का Equation 26 प्रसरण; Equation 29 का Equation 27 प्रसरण .

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Representative Results

ब्रिकेट नमूने का औसत द्रव्यमान 230 ग्राम था, औद्योगिक विश्लेषण के आधार पर, ब्रिकेट ने 4.52% की नमी सामग्री और 15.52% की राख सामग्री का प्रदर्शन किया। इसके अलावा, अस्थिर सामग्री लगभग 31.24% थी. के रूप में सोडियम humate कोयले से निकाला गया था, ब्रिकेट के घटक ों कच्चे कोयले के समान थे. भौतिक अभिलक्षण सारणी 2में प्रदर्शित किए जाते हैं।

कच्चे कोयले और ब्रिकेट के बीच यांत्रिक गुणों की तुलना सारणी 3में दर्शायी गई है और समतापी अधिशोषण परीक्षण ने गैस अधिशोषण के लिए अपनी समान क्षमता सिद्ध कर दी है (चित्र 6) । परीक्षण में प्रयुक्त ब्रिकेट नमूनों की संख्या में कुछ उतार-चढ़ाव था (चित्र 7) . हालांकि, सीओ2 अधिशोषण द्वारा प्रेरित शक्ति में कमी के साथ तुलना में, यह बल्कि मामूली था और प्रयोगात्मक परिणामों के विश्लेषण पर थोड़ा प्रभाव था.

जब विभिन्न ब्व्2 दाबों के अंतर्गत, प्रतिबल-अक्षीय विकृति वक्रों में स्पष्ट संहनन, प्रत्यास्थ तथा प्लास्टिक विरूपण प्रावस्थाएँ दिखाई दी (चित्र 8क)। पोस्ट-पीक राज्य में, ब्रिकेट धीरे-धीरे विफल रहा, एक सतह दरार विस्तार और जोड़ने के साथ। प्रतिबल आयतन विकृति वक्रों से आयतन विस्तार देखा गया तथा यह वृद्धि तथा सव् 2 दाब अधिक होने के कारण (चित्र8क)। सीओ2 शोषण कोयला शरीर को नुकसान का कारण बना है, जो सीधे अपनी uniaxial संपीड़न शक्ति कम. ब्रिकेट की अधिकतम संख्या 1.011 एमपीए, 0.841 एमपीए, 0.737 एमपीए, 0.659 एमपीए, 0.611 एमपीए, और 0.523 एमपीए के तहत सीओ2 दबाव से 0 एमपीए, 0.4 एमपीए, 0.8 एमपीए, 1.2 एमपीए, और 1.6 एमपीए से 2 एम पीए थे। जैसे-जैसे ब्व्2 दाब में वृद्धि हुई, कोयले के नमूने की शिखर संख्या में कमी आई, जहाँ उसने एक अरैखिक संबंध दिखाया (चित्र 8ब)। इसके अलावा, लोचदार moduli 66.974 MPa, 48.271 MPa, 42.234 MPa, 36.434 MPa, 32.509 MPa, और 29.643 MPa थे, उस क्रम में, सीओ2 दबाव से 0 से 2.0 MPa. परिणाम दर्शाते हैं कि परिस्थीय मापांक ब्व्2 संतृप्त स्थिति के अंतर्गत कम हो गया और प्रत्यास्थ मापांक में कमी और गैस के दबाव के बीच का संबंध अरैखिक था, जो शिखर सामर्थ्य के समान था (चित्र8ब् ).

कैमरे के माध्यम से प्राप्त छवियों विभिन्न सीओ2 दबाव के तहत नमूना की सतह पर भंग 'विकास evince. विभिन्न भंगभेदों को अलग करने के लिए, सभी तस्वीरों को बाइनरी छवियों में स्थानांतरित कर दिया गया और कई रंगों का उपयोग फ्रैक्चर द्वारा कवर किए गए क्षेत्रों को इंगित करने के लिए किया गया था (चित्र 9क)। बॉक्स-काउंटिंग आयाम विधि विफलता अवस्था में भंग कीEquation 30विशेषता का Equation 31 वर्णन करने के लिए अपनाई गई थी (; यहाँ, पोस्ट-पीक स्थिति में नमूने का तनाव; Equation 32 विभिन्न सीओ2 दबावों के अंतर्गत नमूने की अधिकतम संख्या। बॉक्स संख्या (Equation 33) और पार्श्व लंबाई (Equation 34) के बीच सहसंबंध गुणांक , सभी 0ण्95 से अधिक थे ( चित्र9ब), जो भंगों की स्पष्ट भग्न विशेषताओं की पुष्टि करता है. fractal आयामEquation 35( ) 1.3495, 1.3711, 1.4336, 1.4637, 1.5175, और 0 MPa के तहत ब्रिकेट के लिए 1.5191 थे, 0.4 MPa, 0.8 MPa, 1.2 MPa, 1.6 MPa, और 2.0 MCO2, क्रमशः. भग्न आयाम के मूल्यों सीओ2 दबाव के उन लोगों के लिए आनुपातिक थे, और उनकी प्रवृत्ति कोयला शरीर को नुकसान की डिग्री की समानता का संकेत दिया.

Figure 1
चित्र 1: कल्पना और निरंतर मात्रा गैस ठोस युग्मन परीक्षण प्रणाली का प्रायोगिक सेटअप. यह आंकड़ा सीओ2असर कोयला के एक uniaxial संपीड़न प्रयोग की स्थापना को दर्शाता है. (क) विज़ुअलीकृत लोडिंग पोत। (बी) गैस भरने मॉड्यूल. (सी) अक्षीय भारण मॉड्यूल. (डी) डेटा अधिग्रहण मॉड्यूल. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: विज़ुअलादित लोडिंग पोत. पोत के योजनाबद्ध चित्र ऊपर दिखाए गए हैं। जबकि नमूना (ऊंचाई $ 100 मिमी, व्यास ] 50 मिमी) पोत के भीतर रखना, अक्षीय दबाव लोडिंग पिस्टन के माध्यम से स्वतंत्र सार्वभौमिक परीक्षण मशीन द्वारा लागू किया गया था, और उच्च दबाव गैस नरम पाइप और भरने के माध्यम से गैस टैंक से इंजेक्ट किया गया था चैनल. जब नमूना थर्मल अनुबंधीय प्लास्टिक आस्तीन द्वारा विकृत किया गया था, सीमित दबाव भी उच्च दबाव हीलियम द्वारा प्रदान की गई थी. दो समायोजन सिलेंडर पिस्टन और लोडिंग एक दृश्य पोत में से एक एक साथ चले गए, जहां आंदोलन प्रेरित मात्रा परिवर्तन उनके एक ही अनुभागीय क्षेत्र की वजह से ऑफसेट किया गया था. इस संरचना ने पोत की मात्रा को स्थिर रखा और गैस से लोडिंग पिस्टन पर लागू एंटीफोर्स को समाप्त कर दिया। नमूना तीन पक्षों पर खिड़कियों के माध्यम से एक कैमरा के साथ नजर रखी जा सकती है. विमानन संबंधक एक लीड-आउट वायर कनेक्शन के लिए पोत में स्थापित किया गया था। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र3: मानक ब्रिकेट को ठंडा करने के लिए आवश्यक आकार देने वाले उपकरण। 3 डी कैसे ब्रिकेट दबाया गया था की योजनाबद्ध विचार (29.4 15 मिनट के लिए KN). नमूना उपकरण घटकों के भीतरी छेद में रखना, और इसकी ऊंचाई और व्यास थे 100 मिमी और 50 मिमी, क्रमशः. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: उपकरण लोडहोरहाई पिस्टन कनेक्ट करने के लिए आवश्यक है। 3 डी विद्युत-हाइड्रिक इमदादी परीक्षक के पिस्टन और कल्पना पोत की है कि के बीच फिक्सिंग उपकरण के योजनाबद्ध विचारों. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5: रॉक नमूनों की परिधीय विरूपण के लिए मानक परीक्षण उपकरण. प्रोटोकॉल में प्रयुक्त परिधीय विरूपण अर्जन का योजनाबद्ध और भौतिक निरूपण. नमूना परिधीय विरूपण द्वारा प्रेरित कोणीय विस्थापन को मापने के द्वारा, परिधीय तनाव प्राप्त किया गया था. इस उपकरण stably उच्च दबाव गैस और हाइड्रोलिक तेल में काम कर सकते हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6: कच्चे कोयले और ब्रिकेट के बीच अधिशोषण क्षमता की तुलना। पैनल मानक जीबी/T19560-2008 के अनुसार कच्चे कोयले और ब्रिकेट का उपयोग कर मीथेन आइसोर्मल अधिशोषण डेटा से पता चलता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्र 7: पूर्ण तनाव तनाव cuts ब्रिकेट का उपयोग कर परीक्षण प्रणाली से उत्पन्न. एक uniaxial संपीड़न परीक्षण सीओ2 भरने के बिना तीन ब्रिकेट नमूने का उपयोग कर आयोजित किया गया था, और परिणाम बताते हैं कि ब्रिकेट एक स्थिर uniaxial संपीड़न शक्ति (1.0 MPa) है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्र 8: ब्व्2- धारी कोयला का एकैक्शीय संपीडन प्रयोग। (क) विभिन्न सीओ2 दाबों के अंतर्गत तनाव-विकृति वक्र। (ख) शिखर शक्ति में परिवर्तन का रुझान। (ग) प्रत्यास्थ मापांक में परिवर्तन का रुझान। प्रतिबल- अक्षीय विकृतिEquation 36वक्र ( ), प्रतिबल-परिक्रमात्मक विकृति वक्र (Equation 37Equation 38) तथा प्रतिबल-मात्रा -खंड वक्र ( ) पैनल में दर्शाया गया है . सीओ2के साथ भरने के बाद, ब्रिकेट ने शिखर शक्ति और लोचदार मापांक में कमी का अनुभव किया, और पैनल े और ब् में वक्र ों की कमी दर और गैस के दबाव के बीच एक गैर रेखीय संबंध का संकेत देते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 9
चित्र 9: विफलता अवस्था में भंग और भग्न गणनाEquation 39की छवियों (). (ए) ब्रिकेट की सतहों पर फ्रैक्चर विकास, विभिन्न भंगों का प्रतिनिधित्व करने वाले विभिन्न रंगों के साथ। (बी) खंडित आयाम घटता बॉक्स गिनती आयाम विधि का उपयोग कर. फ्रैक्चर निकाले गए थे और कवर क्षेत्र भग्न ज्यामिति के आधार पर गणना की गई थी। विभिन्न सव्2 के अधीन सभी सहसंबंध गुणांक (त्2) 0ण्95 से अधिक थे, जो भग्न विशेषताओं को सिद्ध करते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 10
चित्र 10: गतिशील लोड और परीक्षण प्रणाली की तस्वीर लागू करने के लिए आवश्यक उपकरण। 3 डी दृश्य और गतिशील लोड लागू करने के लिए गाइड रॉड और बेलनाकार वजन की शारीरिक तस्वीर। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

नहीं. कोयला अनाज संरचना
(0 ]1 मिमी:1 "3 मिमी)
की एकाग्रता
solidum humate solution/
रायतो
(कोयला पाउडर: सीमेंट)
मास/ मोल्डिंग दबाव
/ एमपीए
समय
/ मिनट
पीक शक्ति
/ एमपीए
1 0.76:0.24 1 0.92:0.08 250 15 15 0.5
4 1
3 7 1.5
4 12

तालिका 1: ब्रिकेट तैयार करने की योजना।

नमूना आभासी घनत्व
(g/cm3)
Porosity
(%)
नमी सामग्री
(%)
ऐश सामग्री
(%)
अस्थिर सामग्री
(%)
अधिकतम विट्रिनाइट परावर्तकता
(%)
ईट 1.17 15 4.52 15.52 31.24 0.82
कच्चे कोयला 1.4 3.45 4.09 15.36 31.17 0.85

तालिका 2: ब्रिकेट और कच्चे कोयले के लिए औद्योगिक विश्लेषण मानकों की तुलना।

नमूना यूनिअक्षीय
Compressive
शक्ति (एमपीए)
लोचदार
मापांक
(जीपीए)
तन्यता
शक्ति
(एमपीए)
आंतरिक
घर्षण
कोण ($)
सामंजस्य
(एमपीए)
पिसियन
अनुपात
कच्चा कोयला 25.23 4.529 2.30 30 0.800 0.25
ईट १.०११ 0.067 0.11 29 0.117 0.25

तालिका 3: कच्चे कोयले और ब्रिकेट की यांत्रिक विशेषताओं।

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Discussion

उच्च दबाव गैस के खतरे को ध्यान में रखते हुए, परीक्षण के दौरान कुछ महत्वपूर्ण कदम महत्वपूर्ण हैं। वाल्व और ओ छल्ले का निरीक्षण किया जाना चाहिए और नियमित रूप से प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, और प्रज्वलन के किसी भी स्रोत प्रयोगशाला में अनुमति नहीं दी जानी चाहिए. मैनुअल दबाव विनियमन वाल्व का उपयोग करते समय, प्रयोगकर्ता धीरे धीरे कल्पना पोत में दबाव में वृद्धि धीरे-धीरे बनाने के लिए वाल्व मोड़ चाहिए. परीक्षण के दौरान पोत को अलग न करें। जब प्रयोग समाप्त हो गया है, पोत के पीछे के दरवाजे उच्च दबाव गैस की कुल रिहाई के बाद खोला जाना चाहिए; अन्यथा, चोट का खतरा है। पोत से ब्रिकेट के सभी टुकड़ों को हटाने के लिए वैक्यूम क्लीनर का उपयोग करें, ताकि अगले परीक्षण के दौरान गैस अधिशोषण की मात्रा को प्रभावित न किया जा सके।

सीओ2-कोयला युग्मन प्रयोगात्मक विधि परीक्षण परिशुद्धता को बढ़ावा देने और गैस असर कोयला प्रयोगों के लिए फोटोग्राफ निगरानी प्रदान करने के लिए डिजाइन किया गया था। ब्रिकेट नमूना लागत प्रभावशीलता, nontoxicity, आसान निर्माण, स्थिर प्रदर्शन, और समायोज्य शक्ति के रूप में कई फायदे के पास है, और इसके आइसोर्मल अधिशोषण वक्र कच्चे कोयले की है कि के साथ अच्छी तरह से सहमत हैं. कोयला और गैस विस्फोट के मॉडल परीक्षण से यह भी साबित होता है कि ब्रिकेट गैस असर वाले कोयले के अधिशोषक और विशोषणकारी व्यवहार को अनुकरण कर सकता है29,31. इसके अलावा, सुधार की पांच पीढ़ियों के बाद, प्रयोगात्मक उपकरण अब उच्च सटीकता, सटीक, स्थिरता, और सुरक्षा है, जो उच्च दबाव प्रयोगों की सुरक्षा के लिए मानकों के अनुरूप है. नमूने की प्रजातियों के लिए कोई विशेष आवश्यकता नहीं है, जब तक यह कच्चे कोयला और शेल रॉक सहित एक छिद्रयुक्त चट्टान है।

सीओ2-कोयला युग्मन प्रयोगात्मक विधि की मुख्य सीमा एंट्रेंस हैं, पहला, कि ब्रिकेट में कच्चे कोयले की तुलना में कम शक्ति होती है, गठन के अपने तरीके के कारण। कच्चे कोयला और ब्रिकेट के बीच यांत्रिक गुणों की समानता अभी भी सुधार की जरूरत है, और संबंधित प्रयोगात्मक परिणाम मूल्यांकन किया जाना चाहिए और कच्चे कोयले और एक में स्थिति परीक्षण द्वारा मान्य. दूसरा, चूंकि एलईडी रोशनी और विमानन संबंधक एक दृश्य पोत में स्थापित किए गए थे, यह किसी भी ज्वलनशील गैस से नहीं भरा जाना चाहिए, जैसे CH4. अन्यथा, गैस भरने के दौरान एक विस्फोटक दुर्घटना होने की संभावना है। सौभाग्य से, मीथेन के समान एक असंदहनीय गैस सीएच4-कोयला संपर्क अनुकरण कर सकती है और यह कोयला और गैस विस्फोट भौतिक सिमुलेशन प्रयोगों32में लागू करने के लिए एक सुरक्षित और प्रभावी सामग्री के रूप में सिद्ध किया गया है।

इसके अतिरिक्त, ब्रिकेट triaxial संपीड़न परीक्षण के दौरान लागू दबाव को सीमित करने के लिए एक थर्मल अनुबंधीय प्लास्टिक आस्तीन द्वारा लपेटा जाता है, जो स्पष्ट रूप से नमूना छवि की गुणवत्ता नीचा होगा. जब नमूना एक अलग गैस, तापमान, और गैस के दबाव के तहत भरी हुई है, अपवर्तन के गतिशील सूचकांक छवि पर कब्जा करने के दौरान ध्यान में रखा जाना चाहिए. चन् य परीक्षण में दाब अंतर अपेक्षाकृत कम होता है, अपवर्तन सूचकांक को स्थिर33के रूप में देखा जा सकता है।

यूनिअक्षियल और त्रिअक्षीय संपीड़न के अलावा, गतिशील लोड अशांति नमूना और गैस के बीच बातचीत की जांच करने के लिए परीक्षण के दौरान लागू किया जा सकता है। गाइड रॉड और 1 किलो बेलनाकार वजन सार्वभौमिक परीक्षण मशीन के पिस्टनऔर विज़ुअलाइज़्ड पोत के बीच जोड़ा जाता है (चित्र 10)। दबाव सेंसर नमूना करने के लिए लागू गतिशील दबाव प्राप्त करने के लिए लोडिंग पिस्टन के तल पर स्थापित किया गया है। परीक्षण के दौरान, बेलनाकार वजन, एक निश्चित ऊंचाई पर, नमूना गतिशील विफलता विशेषताओं का अध्ययन करने के लिए विभिन्न तनाव राज्यों में जारी किया जाता है।

कोयला शरीर को शोषण प्रेरित क्षति स्थूल रूप से यूनिएक्सियल संपीड़न शक्ति और लोचदार मापांक की कमी के रूप में पता चला है। अवशोषण दबाव जितना अधिक होगा, कोयले की क्षति का कारण बनता है, जो एक अरैखिक संबंध है। अधिशोषण प्रक्रिया का वर्णन लैंगम्यूर मॉडल34द्वारा किया जा सकता है . मॉडल समीकरण के Equation 40 अनुसार, (V ] समतुल्य अधिशोषण आयतन; , ] स्थिरांक; - गैस दाब, जैसे-जैसे गैस का दाब बढ़ता है अधिशोषण की मात्रा बढ़ जाती है। इस अंतर के परिणामस्वरूप ब्रिकेट की चरम शक्ति की विभिन्न कमी दर होती है। ब् व् 2 द्वारा कोयले की संख्या या लोचदार मापांक में कमी प्रायोगिक परिणामों से पाई गई है , पिछले शोध35,36,37के साथ अच् छी अनुरूपता होती है . अंत में, शोषण और गैस अधिशोषण मात्रा के कारण यांत्रिक क्षति के बीच एक निश्चित संबंध होना चाहिए.

ब्रिकेट की विरूपण विशेषताओं को माइक्रोcracks के संपीड़न/विस्तार कनेक्शन और स्थूल भंगों के अंतिम गठन के रूप में संक्षेप किया जाता है। यह सुझाव दिया जाता है कि सीओ2असर कोयला के फ्रैक्चर विकास भग्न विशेषताओं से पता चला है। परीक्षण में अधिकतम भग्न आयाम 1.5191 (2 MPa CO2) था। यह देखते हुए कि कच्चे कोयला ब्रिकेट की तुलना में अधिक विषम है, भग्न आयाम का मूल्य कच्चे कोयला परीक्षण के लिए अलग हो सकता है।

रॉक एक ठोस माध्यम है, और विभिन्न बाहरी प्रभाव इसे नुकसान का कारण होगा. विफलता की प्रक्रिया के दौरान दरार संचरण की अनिश्चितता के कारण, विशेष रूप से शोषण और लोडिंग के युग्मन प्रभाव पर विचार, कुछ पारंपरिक रॉक यांत्रिकी अनुसंधान विधियों स्पष्ट सीमाओं प्रकट. हालांकि, भग्न सिद्धांत का वर्णन और जटिल यांत्रिक प्रक्रियाओं और रॉक फ्रैक्चर विकास के तंत्र का अध्ययन करने के लिए एक नया तरीका प्रदान करता है। पिछले अध्ययनों से यह स्पष्ट हो गया है कि शैल पदार्थों के फ्रैक्चर विकास में38,39,40,41है . हालांकि, गैस असर कोयले के फ्रैक्चर विकास पर परीक्षण अनुसंधान की कमी है, मुख्य रूप से प्रयोगात्मक उपकरण की एक सीमा की वजह से. सीओ2-कोयला युग्मन प्रयोगात्मक विधि खिड़कियों के माध्यम से नमूने की सतह फ्रैक्चर नेटवर्क पर कब्जा करने और निकालने के लिए एक तरीका के साथ वैज्ञानिकों प्रदान करता है और विभिन्न युग्मन स्थितियों में भग्न आयाम प्राप्त करता है। भग्न आयाम मात्रात्मक क्षति की डिग्री का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, फ्रैक्चर विकास, और लोडिंग स्थिति के तहत कोयला शरीर की अनुभाग जटिलता. यह कोयले की संरचनात्मक विशेषताओं और यांत्रिक गुणों के लिए एक मूल्यांकन सूचकांक बन सकता है। इसलिए, सीओ2 भूवैज्ञानिक पृथक्करण के अभ्यास में गैस भंडारण क्षमता और इंजेक्शन प्रभाव मानकों के मूल्यांकन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

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Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

इस काम को चीन के राष्ट्रीय प्रमुख वैज्ञानिक उपकरण विकास परियोजना (ग्रेंट नंबर 51427804) और शेडोंग प्रांत राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (ग्रेंट नं. $R2017MEE023).

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).

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