动载后层理煤样微观孔径结构特征研究

为研究动载(冲击荷载作用)后煤样微观孔径结构变化规律及煤体结构异性对其微观孔径结构变化规律的影响,采用霍普金森试验系统(SHPB),对不同方向的煤样进行不同程度的冲击,并完成冲击前后煤样的低温液氮吸附试验,对比分析不同冲击荷载作用后的煤样微观孔径结构特征。结果表明:受冲击煤样的微小孔含量明显低于原煤样的,随着冲击荷载增大,微小孔含量逐渐减小;冲击荷载作用后,煤样微观孔径结构有从微孔向小孔,小孔向中大孔转化的趋势;随着冲击荷载增加,总孔容、比表面积和吸附量呈现逐渐减小的趋势,比表面积和吸附量与总孔容表现出较好的相关性;同种冲击荷载作用后,垂直层理方向煤样总孔容、比表面积以及吸附量均比平行层理方向的煤样高。     

微结构对软硬煤瓦斯吸附特性的影响

针对3组不同变质程度的软硬煤样,采用等温吸附实验分析了不同软硬煤的瓦斯吸附特性;通过低压液氮吸附实验,研究了不同软硬煤的孔隙结构特征,从煤的物理微结构(孔隙结构)角度分析了不同软硬煤的瓦斯吸附控制机理;同时对不同软硬煤样进行了红外傅里叶光谱(FTIR)实验,研究了不同软硬煤的表面化学微结构特征及其对瓦斯吸附行为的微观作用机理.研究结果表明:不同软硬煤样的瓦斯吸附能力差异明显,随煤阶的升高,VL从17.35cm3/g增加到37.89cm3/g,pL在0.88~1.75 MPa范围内变化;肥煤和焦煤软煤的瓦斯吸附量均明显高于同种变质程度的硬煤,而无烟煤则正好相反;软煤的总比表面积始终明显大于对应的硬煤,不同软硬煤样的孔径分布峰值均出现在3~10nm的微孔范围内,微孔所占孔比表面积比例均大于50%,是比表面积的主要贡献者;肥煤和焦煤软煤较同阶硬煤拥有更大的比表面积和更少的含氧官能团,具有超前演化的特征,展现出了更好的瓦斯吸附性能;而无烟煤软煤较硬煤的成熟度更低,含氧官能团含量更高,导致其瓦斯吸附量小于相应的硬煤.煤体瓦斯吸附行为不仅受孔隙结构的影响,还与化学结构紧密相关,在实际应用中应同时予以考虑.     

液氮冷冲击时长对煤体致裂效果的影响

注氮参量的设置与煤体致裂效果密切相关,为研究液氮冷冲击循环过程中不同冷冲击时长对致裂效果的影响,开展不同冷冲击时长(5,10,15,20 min)液氮溶浸试验,利用低场核磁共振设备对比分析各组煤样孔径分布、孔隙数量、孔隙度及吸附/渗流孔变化规律,进而表征煤样在不同冷冲击时长下的孔隙发育程度.研究表明:不同冷冲击时长下煤...     

富烃煤的孔隙结构分析

煤与瓦斯突出对煤矿生产及矿工的人身是一极大的威胁，而煤的孔隙结构在煤和瓦斯突出中起了重要的作用。本通过微孔结构分析仪、扫描电镜和透射电镜等仪器，对不同煤化程度、不同煤岩类型及不同构造破坏煤层的富烃煤样进行了孔隙结构研究分析，以例找出煤层气在煤层中的赋存规律，这对地质勘探及煤矿生产部门将有所帮助。     

鹤岗煤田构造煤孔隙分形特征

基于鹤岗煤田北部区块典型构造煤样的低温氮吸附实验数据,分析不同变形程度下构造煤的分形维数与孔隙系统结构和气体吸附能力的关系.结果表明,受变形程度影响,碎裂煤和碎粒煤的孔隙系统发生变化,导致低温氮吸附、解吸曲线表现出不同形态.在相对压力为0.5~1.0时,分形维数可以有效表征碎裂煤与碎粒煤的孔隙结构和吸附能力.随着分形维数变大,煤岩变形程度增加,微孔含量增加,孔径变小,比表面积增大,孔表面粗糙度增加,使得煤岩孔隙系统复杂化,最终煤岩吸附能力增强.因此,煤岩孔隙分形维数可以表征煤岩孔隙结构和吸附能力.     

不同煤级煤低温氮的多段吸附特征

基于不同煤级煤的低温液氮吸附性能测试,采用毛细管凝聚理论(BJH法)和密度泛函理论(DFT法),对煤的低温氮吸附曲线进行解析,结合Kakei的多段吸附理论,探讨不同煤级煤的吸附量、吸附曲线形态的差异,以及多段吸附特征及其机理。结果表明,随着煤化作用的加深,煤中纳米级孔隙呈现先减少后增加的趋势,孔隙的孔径分布更加均一;煤的液氮吸附量主要与BET比表面积有一定的关系,但中、微孔孔隙含量是造成液氮吸附量差异的主因;煤级的增加,液氮吸附曲线呈现由简单→复杂→简单的变化规律,表现为多段性吸附特征,暗示着吸附机理的变化,存在着单分子层吸附、多层吸附、毛细孔凝聚及微孔填充等多种吸附模式。     

煤体孔径分布特征及其对瓦斯吸附的影响

利用N2和CO2吸附解吸实验,得到了6个矿井煤样的孔径分布特征,并根据吸附解吸实验曲线分析了不同煤样所含孔形状的差异.同时,对所选煤样进行瓦斯吸附实验,分析瓦斯吸附量随吸附压力的变化情况,以及瓦斯吸附能力与孔径分布的关系.根据工业分析和岩相分析结果,对煤样变质程度和水分含量对瓦斯吸附的影响进行了分析.结果表明:煤对气体的吸附量主要集中在微孔段,同时受到中孔的影响,朗缪尔体积受微孔和中孔分布的共同作用,而朗缪尔压力只与微孔有关.水分子与甲烷分子之间存在竞争吸附,水分的存在不利于瓦斯吸附.煤的变质程度与朗缪尔体积之间呈现"U"型曲线关系,而变质程度的增加使朗缪尔压力降低.在煤矿开采过程中,应当采取措施增大煤体孔隙,使微孔比例降低,促进煤层瓦斯的解吸.     

煤体结构差异的孔隙响应及其控制机理

为了研究不同煤体结构煤的孔隙差异及作用机理,以焦作、济源、鹤壁、大峪沟、平顶山等矿区采取的煤样为研究对象,并通过压汞法、低温液氮法和扫描电镜(SEM)对煤体破坏汽后煤的孔隙性进行了测试.结果表明,煤体破坏不仅使得煤的变质程度增加,煤体强度降低,而且还使得尺度较大的粒间孔含量增加,并且新形成的粒间孔很少被矿物质充填,同时也破坏了孔隙的定向性和完整性;相比于原生结构煤,煤体破坏后煤中的微米、纳米级孔隙含量显著增大,煤的孔隙形态和连通性发生改变;另外,煤体破坏对煤孔径的大小、不同孔径段孔隙的分布、流体在煤体内的运移都有影响.     

煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征的相关性

以冲击倾向性煤层和煤与瓦斯突出煤层作为研究对象,基于压汞法和液氮吸附的实验结果,综合分析了煤样的孔隙结构特征;依据包括煤岩孔隙结构特征在内的物理力学参数,建立了数值模型,从煤层应力分布和应变能的角度讨论了煤的孔隙结构与煤岩动力失稳特征之间的相关性.液氮吸附和压汞实验表明:忻州窑煤样的孔隙主要是开放型孔,赵各庄煤样的孔隙含半开放型孔隙较多,且含有一定量的墨水瓶孔;忻州窑煤样的孔隙含量,尤其是渗流孔隙的含量远大于赵各庄煤样,因此忻州窑煤层中瓦斯更容易释放.数值模型的计算结果表明:在上覆岩层应力和水平应力相同条件下,忻州窑煤层中煤壁附近区域的水平应力比赵各庄煤层低,垂直应力高于赵各庄煤层,煤壁附近的煤体易发生压剪破坏;上覆岩层应力和水平应力相同(6 MPa)时,赵各庄煤层受扰动后应变能密度变化量接近忻州窑煤层应变能密度变化量的2倍,可见赵各庄煤层更易积聚应变能.     

溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的差异性变化及机理

以山西霍尔辛赫采集的煤样为研究对象,采用有机溶剂(CS_2)、有机酸(CH_3COOH)、无机酸(HCl)、强氧化剂(ClO_2)分别对不同煤体结构煤进行溶剂改造实验,并借助于低温液氮吸附实验,探讨了溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的变化规律,认为不同类型的溶剂作用促使不同煤体结构煤中的纳米级孔隙发生差异性变化,这种变化主要因溶剂改造下煤中小分子化合物、表面官能团以及矿物质的变化引起的.研究结果表明:随着煤体破坏程度的增加,各类溶剂的抽提(溶出)率均呈现出增大的趋势,且有机溶剂的抽提率要远大于无机溶剂的溶出率;不同溶剂作用后,煤的BET比表面积和BJH孔容显著增大.其中,有机溶剂作用下破坏程度较大的煤样开放孔数量大于破坏程度较小的煤样,而无机溶剂作用下仅在碎粒煤大孔径阶段开放孔数量明显增加;各类溶剂对煤样均具有一定的扩孔效果,特别是对小孔径段的扩孔效果最为明显.相比而言,有机酸、有机溶剂孔隙改造效果最为显著,无机酸、氧化剂不显著.