1、甲烷吸附與解吸是研究瓦斯擴(kuò)散、滲流、累積和防治煤與瓦斯突出的重要理論基礎(chǔ)，是煤礦安全生產(chǎn)的重要研究課題之一。本文通過(guò)溫度場(chǎng)下甲烷氣體兩次解吸實(shí)驗(yàn)、煤體紅外光譜實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論（DFT）分別從宏觀能量和微觀結(jié)構(gòu)兩方面對(duì)煤體中甲烷氣體的吸附與解吸機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)宏觀規(guī)律和微觀量化計(jì)算結(jié)果之間具有相關(guān)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和理論計(jì)算完成的主要工作如下：
　　（1）溫度是甲烷氣體解吸的最重要影響因素。通過(guò)宏觀溫度場(chǎng)下甲烷氣體的兩次解吸

2、實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明甲烷氣體的吸附為物理吸附，沒(méi)有能級(jí)結(jié)構(gòu)。甲烷氣體在煤體中的賦存是一個(gè)同時(shí)包含吸附、解吸、擴(kuò)散、滲流和累積的動(dòng)態(tài)過(guò)程，溫度升高會(huì)導(dǎo)致煤體中的甲烷氣體吸附速度和解吸速度同時(shí)增大，解吸氣體含量增多，對(duì)此動(dòng)態(tài)過(guò)程，提出了綜合速度概念，綜合速度由吸附速度和解吸速度合成，該速度與溫度之間是非線性關(guān)系。
　?。?）煤對(duì)甲烷氣體的吸附力為誘導(dǎo)力與色散力。在五種煤樣紅外光譜數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，采用密度泛函理論（DFT）對(duì)瓦斯吸附和解

3、吸進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在吸附和解吸過(guò)程中，甲烷氣體和煤體大分子結(jié)構(gòu)鍵長(zhǎng)、鍵角、二面角以及密立根電荷的變化，發(fā)現(xiàn)吸附過(guò)程主要是由于煤分子和甲烷分子之間存在電場(chǎng)相互作用，甲烷分子在吸附過(guò)程中被極化，煤大分子自身密立根電荷量也重新分布，煤分子和甲烷分子最終達(dá)到電場(chǎng)力相互平衡，吸附力為誘導(dǎo)力各色散力。
　?。?）提出了采用密立根電荷量定量分析吸附空位的方法，對(duì)煤體甲烷氣體多分子層吸附理論進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)吸附過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果顯示在吸

4、附過(guò)程中起主要作用的是電場(chǎng)力，整個(gè)煤體結(jié)構(gòu)中的密立根電荷量分布發(fā)生了明顯變化，即分子結(jié)構(gòu)中的電荷分布對(duì)煤的吸附性有重要影響，故以密立根電荷量作為煤對(duì)甲烷氣體的吸附空位的判定依據(jù)。計(jì)算了甲烷氣體的吸附能和吸附勢(shì)阱深度，發(fā)現(xiàn)在同一吸附空位附近有多個(gè)吸附平衡位置，對(duì)應(yīng)的吸附距離和吸附能都不同，說(shuō)明甲烷氣體存在多層吸附的可能性。
　?。?）甲烷氣體的吸附與解吸動(dòng)力學(xué)過(guò)程是宏觀能量和微觀結(jié)構(gòu)之間相互作用的共同結(jié)果。通過(guò)宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)論和微觀理論