【技术实现步骤摘要】
本申请涉及测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料，特别涉及一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法及系统。
技术介绍
1、在煤炭实际工程开采过程中，瓦斯随之产生，是一种与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，其主要成分是甲烷。煤层孔裂隙中一直在进行着甲烷的吸附与解吸过程。随着煤矿开采逐渐向深部进行，煤层压力与环境温度逐渐升高，这种变化可能会改变甲烷气体分子和煤官能团的相互作用，从而促进煤层中甲烷气体由物理吸附向化学吸附的转化。
2、目前，关于甲烷吸附的研究主要以吸附态的形式赋存于煤空隙结构中，甲烷的吸附性受温度、压力以及煤变质程度和孔隙结构等多种因素的影响。以往的研究中，大多数学者得出煤和甲烷之间相互作用的本质是气体分子和煤表面分子通过范德华力相互吸引的结果，但大多数结论来自于低压吸附实验，对于高压甲烷与煤潜在化学作用的研究较少。当煤层的压力和温度升高时，煤表面官能团的活性的增加可能促使物理吸附转变为化学吸附。目前，甲烷在煤表面的吸附是纯粹的物理过程还是物理吸附和化学吸附相结合的问题仍然不清楚。
3、传统的等温吸附实验只能获得不同吸附平衡压力点的甲烷吸附数据，无法得出具体是物理吸附还是化学吸附。而在煤的复杂大分子结构中的官能团研究中，基于红外光谱（傅里叶变换红外光谱）的吸附实验可以按照波数确定官能团的性质，然而，该方法只能半定量分析煤中官能团在吸附过程中的含量变化，无法直观分析瓦斯与煤的官能团结构的相互作用规律，也无法量化和分析甲烷化学吸附的临界值。
4、综上，目前在甲烷吸附
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、本申请提供一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，用于对甲烷与煤样的化学吸附进行判定，包括：步骤s101、基于傅里叶红外光谱仪对煤样进行扫描，得到第一光谱图；以及，对多组相同煤样分别进行不同吸附条件（温度、压力）下的体积法甲烷吸附实验，并基于傅里叶红外光谱仪，对不同吸附条件下甲烷吸附后的煤样进行扫描，得到多个第二光谱图；其中，所述第一光谱图为甲烷吸附前煤样的傅里叶红外光谱图；所述第二光谱图为甲烷吸附后煤样的傅里叶红外光谱图；步骤s102、对所述第一光谱图、多个所述第二光谱图分别进行分峰拟合，并基于煤样的不同官能团对应的波峰面积，确定对应的所述官能团的吸附前结构参数和多组吸附后结构参数；步骤s103、响应于煤中甲烷吸附过程发生化学吸附，根据所述官能团的吸附前结构参数和多组吸附后结构参数，基于灰色关联度分析方法确定煤层甲烷由物理吸附至出现化学吸附的临界温压条件。
4、优选的，步骤s102中，按照公式：
5、
6、确定煤样中芳香烃的结构参数；式中，为煤样中所述芳香烃的芳香度，为所述芳香烃的缩合度；为分峰拟合后所述芳香烃的波峰面积；为分峰拟合后脂肪族中脂肪烃的波峰面积；为分峰拟合后所述芳香烃的碳碳双键的波峰面积。
7、优选的，步骤s102中，按照公式：
8、
9、确定煤样中含氧官能团的结构参数；式中，为所述含氧官能团中的碳氧双键比；为所述含氧官能团的氧功能多样度；为煤样的成熟度，表征了煤样中芳香烃的碳碳双键与所述含氧官能团中的羧基的比值；为分峰拟合后所述含氧官能团中碳氧双键的波峰面积，为分峰拟合后所述芳香烃的碳碳双键的波峰面积；是分峰拟合后所述羧基的波峰拟合面积；为分峰拟合后所述含氧官能团中碳氧单键的波峰面积。
10、优选的，步骤s102中，按照公式：
11、
12、确定煤样中脂肪族的结构参数；式中，为所述脂肪族中脂肪链构型特征；为所述脂肪族中亚甲基的波峰面积，为所述脂肪族中甲基的波峰面积。
13、优选的，步骤s103中，响应于煤中甲烷吸附过程中发生化学吸附，对所述吸附前结构参数、多组所述吸附后结构参数分别进行标准化处理；基于灰色关联度分析方法，计算不同吸附条件下标准化处理后的吸附前结构参数与对应的标准化处理后的多组吸附后结构参数的关联度，以确定煤层中甲烷气体由物理吸附至出现化学吸附的临界温压条件。
14、优选的，所述基于灰色关联度分析方法，计算标准化处理后的吸附前结构参数与对应的标准化处理后的多组吸附后结构参数的关联度，包括，按照公式：
15、
16、确定相同压力不同温度下标准化处理后的第个吸附前结构参数与对应的标准化处理后的吸附后结构参数在关联系数；式中，分别为相同压力不同温度下标准化处理后的吸附后结构参数与标准化处理后的吸附前结构参数的最小差和最大差；
17、按照公式：
18、
19、确定相同压力不同温度下标准化处理后的吸附前结构参数与对应的标准化处理后的吸附后结构参数在温度时的关联度；式中，为正整数，表征所述吸附前结构参数或所述吸附后结构参数的数量。
20、优选的，所述确定煤层中甲烷气体由物理吸附至出现化学吸附的临界温压条件，包括：在相同压力不同温度条件下，根据相邻两次吸附实验的所述吸附前结构参数与对应的所述吸附后结构参数的相对差值与预设关联阈值的比较，确定煤层中甲烷气体由物理吸附至出现化学吸附的临界温压条件；
21、其中，按照公式：
22、
23、确定相同压力下相邻两次吸附实验的吸附前结构参数与吸附后结构参数的关联度相对差值；
24、式中，为相同压力温度条件下标准化处理后的吸附后结构参数的关联度，为相同压力温度条件下标准化处理后的吸附后结构参数的关联度，为相同压力下相邻两次吸附实验的温度差值。
25、优选的，步骤s103中，还包括：基于煤样的不同所述官能团的分子信息，确定煤粒的化学分子式结构，以构建煤样对应的煤分子结构模型，并通过分子动力学模拟，确定甲烷吸附时甲烷分子的吸附位点；
26、对甲烷吸附时甲烷分子的吸附位点所对应的官能团变化进行过渡态搜索，模拟甲烷分子在甲烷吸附过程中的反应路径，并根据所述反应路径上的化学键变化，确定甲烷吸附过程中是否发生化学吸附。
27、本申请实施例还一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定系统，用于对甲烷与煤样的化学吸附进行判定，包括：
28、光谱扫描单元，配置为基于傅里叶红外光谱仪对煤样进行扫描，得到第一光谱图；以及对多组相同煤样分别进行不同吸附条件下的体积法甲烷吸附实验，并基于傅里叶红外光谱仪，对不同吸附条件下甲烷吸附后的煤样进行扫描，得到多个第二光谱图；其中，所述第一光谱图为甲烷吸附前煤样的傅里叶红外光谱图；所述第二光谱图为甲烷吸附后煤样的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，用于对煤中甲烷的化学吸附临界温压条件进行判定，包括：
2.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤S102中，按照公式：
3.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤S102中，按照公式：
4.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤S102中，按照公式：
5.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤S103中，
6.根据权利要求4所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，所述基于灰色关联度分析方法，计算标准化处理后的吸附前结构参数与对应的标准化处理后的多组吸附后结构参数的关联度，包括：
7.根据权利要求5所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，所述判定煤层中甲烷气体由物理吸附至出现化学吸附的临界温压条件，包括：
8.根据权利要求1所述
9.一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定系统，其特征在于，用于对甲烷与煤样的化学吸附进行判定，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，用于对煤中甲烷的化学吸附临界温压条件进行判定，包括：
2.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤s102中，按照公式：
3.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤s102中，按照公式：
4.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤s102中，按照公式：
5.根据权利要求1所述的煤层甲烷气体化学吸附的临界温压条件判定方法，其特征在于，步骤s103中，
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，韩冬阳，钟文皓，李瑞林，彭是阳，卢亢亢，周禹军，李天男，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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