随着我国矿井开采深度的日益增大,深部储层条件下甲烷多以超临界状态存在,为研究超临界状态下煤对甲烷的吸附特性,本文基于实验室测试和理论分析的方法,选取山西大同肥煤、鹤壁贫瘦煤、焦作九里山和安阳龙山无烟煤四种不同变质程度煤为研究对象,进行煤的等温吸附实验,结合煤样孔隙结构特征,分析超临界状态下煤对甲烷的吸附特性,主要结论如下:(1)煤样的甲烷视吸附量伴随压力的增大表现出先上升而后下降的两个阶段,对于甲烷的视吸附量在高压下出现下降的现象,可以从吸附相密度的角度加以解释。在低压状态下,吸附相密度ρ^A远超于气相密度ρ,ρ/ρ^A趋近于0;伴随压力的持续增大,当气相密度ρ越来越接近于吸附相密度ρ^A,1-ρ/ρ^A趋近于0,视吸附量与绝对吸附量差值持续增大,绝对吸附量伴随压力的增大会到达最大值,视吸附量也必然存在一个极大值,即到达极大值后,伴随压力的持续增大而视吸附量持续下降。(2)为分析超临界状态下煤对甲烷的吸附特性,正确评估煤层的吸附能力,需要对过剩吸附量进行校正,得到煤对甲烷的绝对吸附量。由绝对吸附量校正结果图可以看出,绝对吸附量随压力的升高不断增大,当压力达到4.59MPa左右时,绝对吸附量增加变缓并最终趋于平稳。绝对吸附量与过剩吸附量不同,表示的是煤对甲烷的实际吸附量,压力不断增大,必然会达到吸附饱和,表现为绝对吸附量不再随压力的增大而增大,而是随压力的增大最终趋于平稳。(3)基于煤对甲烷吸附分子层计算结果,推测超临界状态下,煤对甲烷的吸附既存在单分子吸附又存在局部二层吸附。在煤吸附甲烷分子过程中,初始吸附热与凝结热的差值导致低压时单分子层吸附,随着单分子层吸附逐步趋于饱和,局部单层高能吸附位吸附甲烷分子后吸附热相当于气体凝聚热,此时将发生以气体分子凝聚为主,煤颗粒表面吸附作用不明显的二层吸附。(4)根据热力学分析结果,当温度一定时,随着压力的升高,四种煤样的表面自由能均随着压力的增大而增大,这与吸附量随压力的增大而增大是相对应的。相同压力时,四种煤样的表面自由能随着煤样变质程度的增大而增大,这表明随着变质程度的增加,煤体表面对游离甲烷的吸附作用越强,表现为煤对甲烷的吸附量随变质程度的增加而增大。