煤是一种包含微孔和大孔系统的双重孔隙介质，使得煤对瓦斯具有极强的吸附能力。大量煤体吸附瓦斯的实验表明，煤与瓦斯吸附体系的吸附等温线均呈现Ⅰ型吸附等温线特征[1-2]，即：煤对瓦斯的吸附量不是压力的单增函数，而是存在1个极大值。煤体内的孔隙结构很大程度上决定煤的吸附性和渗透性，从而影响煤层瓦斯的吸附与运移[3-4]。但一般煤的孔径分布范围极大，基于煤-瓦斯作用效应，B.B霍多特将煤的孔隙分为 4类[5]：微孔（＜10 nm）、小孔（10～100 nm）、中孔（100～1 000 nm）和大孔（＞1 000 nm）。众多学者研究认为煤中瓦斯吸附和扩散均主要发生在微孔和小孔中[1，3，5]，但在吸附瓦斯过程中，不同平衡压力下各种孔径对吸附瓦斯的贡献却不同，Stoeckli[6]、Fritzsche[7]、Zhou[8]等通过实验测试和理论分析研究了从低压到高压活性炭的吸附孔径变化特征。基于超临界温度下煤对瓦斯的吸附试验，采用DRK吸附理论及分段拟合的方法，计算分析了从低压到高压煤对瓦斯吸附的孔径变化特征。

1 超临界条件煤的瓦斯吸附测试

试验选取了潘北气肥煤（QF）的煤样。并按照GB/T 19560—2004要求制成 180～250 μm 的空气干燥基煤样。采用高低温瓦斯吸附解吸试验测试系统（图1），高低温变频试验箱温度控制可以设定在-50～100℃，温度波动度：±0.5℃。按照GB/T 19560—2008《煤的高压等温吸附试验方法》，在试验设定温度下（243、253、263、293、303 K），分别测试了煤的瓦斯吸附数据，其吸附等温曲线如图2。

为实现《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》的目标，水利部于2011年组织开展全国重要江河湖泊水功能区纳污能力复核和分阶段限制排污总量制定工作。按照水利部的总体部署，长江委组织、协调、指导流域内各省（自治区、直辖市）工作，长江流域水资源保护局负责技术工作。2013年，长江委完成了《长江流域片重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限制排污总量控制方案报告（报批稿）》，报送水利部。2014年11月，水利部将其与其他流域的成果一并送原环境保护部。

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图1 高/低温吸附装置示意图

  

图2 煤的瓦斯吸附等温线

对于煤样-吸附质体系，吸附量的大小反映了吸附材料孔体积的大小。由图2可知，不同温度下煤的瓦斯吸附等温线为 I型等温线，表明煤具有发达微孔孔道体系。但随着温度降低，煤对瓦斯的吸附量变大。

2 DRK吸附理论

假设被吸附甲烷为液态，根据甲烷分子直径为0.414 nm，可得单个甲烷分子所占吸附位面积约为13.46×10-20m2，则吸附表面盖度面积 Sm（m2/g）为：

 

式中：p为气体压力，MPa；θ为吸附饱和度，θ=n/nm；n为压力 p时的吸附量，mmol/g；nm为 DRK 模型的饱和吸附量，mmol/g；E0为特征吸附能，反映了吸附质在吸附剂表面吸附的强弱，J/mol；ε为吸附能，J/mol。

式中：R为气体常数，J/（mol·K）；T为温度，K；ps为饱和压力，MPa。

将压力范围分为低压（＜2.5 MPa）、中压（2.5～4.5 MPa）和高压（＞4.5 MPa），根据图 3 中的拟合参数，采用式（5）和式（6）计算得到不同吸附压力范围内下吸附覆盖表面Sm和平均孔径L0（图4和图5）。

 

第二，电子巡检。电子巡检实现的背景为信息技术、遥测遥控技术等的不断发展。在电子巡检环节中，相关巡检人员要结合基于遥测遥控技术的系统平台，完成对航标状态的远程管理与监控。在这种巡检方式下，相关巡检人员不需要实际进入相应的海域进行作业，利用系统平台以及计算机就能够完成对相应海域中航标的灯质、电流电压、位置等信息数据的监测。在发现异常情况时，能够第一时间的进行通报，提升航标巡检工作的效率，也降低了航标巡检工作的危险性。

由于甲烷的临界温度为 190.7 K，在吸附温度高于临界温度时，液体状态是不可能存在的，饱和蒸气压也就失去了意义。在超临界条件下，ps是1个虚拟值，可采用式（3）求得虚拟饱和压力[12]：

The authors declare no competing financial interests.

 

假设煤中微孔为狭缝形，则微孔的平均孔径 L0（nm）可以由吸附能E0（kJ/mol）求取[6，9，13]。

 

利用瓦斯的吸附等温线以及表面覆盖理论，可以计算表征煤的孔结构性能[9]。因煤的微孔与甲烷分子的尺寸相近，可将微孔对甲烷吸附理解为煤表面吸附场对甲烷的作用，吸附空间的体积填充。在DR方程的基础上[10]，基于微孔结构的不均匀性，Kaganer采用DRK方程进行描述，可表示为[11]：

 

式中：pc为甲烷临界压力，取4.539 MPa；Tc为甲烷临界温度，取190.7 K。对式（1）变换形式，得：

 

3 不同压力范围煤的吸附孔径特征

从图5可以看出，无论是何种压力范围内，吸附面积和平均孔径均随温度的降低而线性增大。这是因为降低温度，煤表面能量均匀性增强，吸附态的甲烷分子失去运动自由度，脱附所需要的活化能越大，即甲烷分子克服煤表面吸附力返回气相中能力减弱，进而导致煤对甲烷分子的吸附能力增强[16-17]。从孔径结构上来说，在温度较低时较大孔径内对甲烷分子的吸附能力与温度较高时较小孔径内对甲烷分子的吸附能力相当，由此，在相同压力范围内下，随温度降低，吸附甲烷的平均孔径变大，进而吸附面积也因甲烷分子吸附量的增大而增大。

根据Polanyi的吸附势理论，吸附能ε为：

从图4和图5可以看出，在相同吸附温度下，从低压到高压，被吸附的分子所覆盖煤孔隙表面积增大，而且平均孔径尺寸也在增大（图4），表明小孔中的吸附势阱大于大孔径的吸附势阱，吸附分子更容易被吸附于小孔中。因此，在低压吸附时，气体分子首先被吸附在孔径较小的吸附质表面，其次在高压下吸附在孔径较大的吸附质表面，这与Kaneko对活性炭吸附的研究结果一致[15]。

  

图3 吸附等温线的DRK模型分段线性拟合

  

图4 不同压力范围吸附面积和平均孔径

  

图5 不同温度下吸附面积和平均孔径

将不同温度下测试的煤的瓦斯等温吸附线按式（4）处理，并对 lnn和[ln（ps/p）]2作图，吸附等温线的DRK模型分段线性拟合如图3。由图3可知，在较大的压力范围内，lnn～[ln（ps/p）]2线性化拟合度较低，尤其是高压区（[ln（ps/p）]2值较小），这是因为低压条件下，甲烷分子优先吸附在高能吸附位上（即孔径较小的孔中），而在高压时高能吸附位被占据而逐渐饱和，气体分子开始吸附在能量较低的吸附位上（孔径较大的孔中），表明这时甲烷分子的吸附状态主要属于均匀能量表面上的单层定位吸附[14]。

4 结论

1）超临界温度下，瓦斯吸附等温线均为 I型等温线，且随着温度降低，煤对瓦斯的吸附量增大。

2）低压条件下，甲烷分子优先吸附在孔径较小孔的高能吸附位上，在高压时气体分子开始吸附在孔径较大孔的低能吸附位上。

3）从低压到高压，在相同吸附温度下，吸附瓦斯在煤孔隙中的覆盖面积增大，吸附瓦斯的平均孔径也逐渐增大。

4）在温度较低时较大孔径内对甲烷分子的吸附能力与温度较高时较小孔径内对甲烷分子的吸附能力相当，即随温度降低，吸附覆盖面积和平均孔径均随温度的降低而增大，

在不同社会体系中会孕育出不同的文化，每个文化体系下所包含的神话故事都是极其丰富的。就古希腊神话来说，人们塑造出了完整且复杂的神，在《伊利亚特》《奥德赛》等多部史诗巨作中都有体现。而古罗马神话多是将希腊神话中的人名加以修改，如宙斯、赫拉分别在罗马神话中被称为朱庇特和朱诺。因此，罗马神话是承袭希腊神话而来，下面对这两种不同的神话分别加以介绍。

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［3］ 陈向军，刘军，王林，等.不同变质程度煤的孔径分布及其对吸附常数的影响［J］.煤炭学报，2013，8（2）：294-300.

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