低阶煤孔隙结构定量表征及瓦斯吸附放散特性

作者：蒋静宇; 程远平; 张硕

来源：煤炭学报, 2021, 46(10): 3221-3233.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2021.1269

• 煤与瓦斯突出
• 低阶煤
• 小角度散射
• 分形维数
• 瓦斯放散特性

低阶煤广泛分布于我国西北、华北和东北地区且储量较大,但近年来部分低阶煤矿区瓦斯突出灾害严重。为研究低阶煤孔隙结构、瓦斯吸附放散特性及其对瓦斯灾害的影响,采用N2/CO2吸附法和小角X射线散射(SAXS)表征手段,开展瓦斯吸附/解吸试验,运用分形理论,对6组煤样开展系统研究。根据煤样孔隙结构参数和瓦斯吸附/解吸特性参数的关系,获得低阶煤微观孔隙结构与宏观瓦斯吸附放散特性的相关性。结果表明:试验低阶煤煤样≤2 nm的微孔孔容为0.055～0.064 cm3/g,总体上高于试验中阶煤样微孔孔容(0.026～0.060 cm3/g);低阶煤介孔主要分布在2～8 nm,而中阶煤最发育孔径为2～4 nm。低阶煤介孔孔容和比表面积总体大于中阶煤;SAXS结果表明:低阶煤最发育孔径为10 nm左右,而中阶煤孔径在35 nm附近最发育。这与N2吸附法测得煤样最发育孔径约为3 nm存在较大差异,可能煤中存在闭孔或气体吸附法无法测到的孔。分形维数结果表明:低阶煤孔隙较中阶煤孔隙更为复杂。结合傅里叶变换红外光谱表明,低阶煤分子结构松散,含有较多长侧链的官能团,导致其微孔和介孔较为发育。微孔孔容与朗格缪尔体积(VL)存在正相关关系,介孔孔容与瓦斯扩散系数(D)亦存在正相关关系,而VL和D反映着煤体的吸附和放散特性。因此低阶煤具有相对较强的瓦斯吸附和放散能力,易于发生瓦斯异常涌出和瓦斯突出。

• 单位
  煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室; 中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学