Разработка угольного газа в низкопорядковых угольных пластах района Фукан в Синьцзяне вошла в период затруднений. Эффективность десорбции адсорбированного метана в микропорах низкопорядкового угля низкая, а механизмы адсорбции-десорбции остаются неясными, что приводит к низким начальным дебитам новых угольных скважин, короткому времени стабильной эксплуатации и плохому эффекту разработки. Для решения проблем низкой степени извлечения угольного газа и трудной активации адсорбированного метана рассматривается низкопорядковый уголь района Фукан. Использовали элементный анализ, адсорбцию азота, рентгеновскую дифракцию, инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье и ЯМР 13C для характеристики распределения пор, молекулярной формулы (C₁₀₀H₁₀₈O₁₆N₃) и молекулярной структуры, а также создания модели щелевых пор. Методом крупного канонического ансамбля Монте-Карло (GCMC) смоделировали закономерности адсорбции метана при различных размерах пор, давлениях и температурах, что позволило получить изотерму адсорбции Лэнгмюра для низкопорядкового угля Фукана. При 10,0 МПа и 308 К провели молекулярно-динамическое моделирование десорбции с понижением давления при фиксированной температуре для различных размеров щелей. Результаты показывают: ① основная молекулярная структура угля Фукан — цепь алифатического углерода, соединяющая бензольные и нафталиновые кольца, с функциональными группами карбоксил, гидроксил и пиррол. ② при размере щелей менее 2 нм сильный нанограниченный эффект углубляет потенциальную яму адсорбции, плотность метана распределяется с одним пиком, преимущественно заполняя микропоры; при размере более 2 нм плотность приобретает двухпиковое распределение с появлением нелюбимой фазы, адсорбционный механизм меняется на доминирование поверхностной адсорбции. ③ при высоком давлении повышение температуры снижает энергию адсорбционного потенциала, обеспечивая кинетическую энергию для десорбции метана, эффект заметнее в щелях с размером более 2 нм. В центре щели сохраняется адсорбированный метан, адсорбция управляется комбинированным микропоровым заполнением и поверхностной адсорбцией. ④ в щелях размером 1 нм энергия барьера десорбции высока, коэффициент диффузии низок (7,5×10⁻¹⁰ м²/с), наблюдается значительное отставание десорбции; в щелях 3 нм энергия барьера низкая, коэффициент диффузии выше (64,7×10⁻¹⁰ м²/с), отставание десорбции не наблюдается. Вывод: снижение энергетического барьера адсорбции-десорбции в микропорах низкопорядкового угля ключ к повышению эффективности десорбции и диффузии метана. Совместное управление снижением давления, расширением пор и повышением температуры, использование предвосхищенного CO₂ и самогенерирующей термоперфорационной жидкости, а также тепловая вытеснительная технология в сетке скважин являются важными техническими направлениями повышения степени извлечения угольного газа в низкопорядковом угле района Фукан Синьцзянь.

Фукан Синьцзянь; низкопорядковый уголь; угольный газ; адсорбция-десорбция; молекулярное моделирование; заполнение микропор