不同冲击倾向性煤体孔隙结构及瓦斯吸附特征研究

作     者：李钊 倪冠华 温永瓒 王刚 刘震 王振洋 

作者机构：山东科技大学安全与环境工程学院 中国矿业大学(徐州)安全工程学院 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52374212、52174192) 山东省优秀青年基金项目(ZR2021YQ37) 

主　　题：冲击倾向性 孔隙结构 瓦斯吸附 多重分形理论 

摘      要：随着开采深度增加，煤层高地应力、低渗透、强扰动等特征逐渐显现，井下灾害形式愈发复杂，其中冲击地压与瓦斯突出是最主要的复合灾害表现形式。为研究不同冲击倾向性煤样微观孔隙结构与瓦斯吸附间的内在联系，利用瓦斯等温吸附实验和不同孔隙测试实验的优势孔径段思想，对不同冲击倾向性煤样进行孔隙联测。实验结果表明：煤体微观结构特征在一定程度上可反映煤层宏观构造破坏程度和应力作用性质，孔隙含量较少则煤样冲击倾向性较强，王庄煤样为强冲击倾向性煤样，其孔隙含量最少，结构致密、硬脆性更强，在受载过程中积聚更多应变能，高应力环境导致煤样中微孔占比较多；天池煤样为无冲击煤样，其大孔比例更高同时在破碎粉化过程中煤样孔隙含量增幅最为明显。进一步通过瓦斯等温吸附实验，发现相同条件下余吾煤样的瓦斯吸附量最大，天池煤样次之，王庄煤样最小，复杂的孔隙结构和较差的孔隙连通性更有利于瓦斯赋存，强冲击倾向性煤体王庄煤样的孔隙连通性更强，这将有利于瓦斯的运移和释放。余吾煤样和天池煤样煤体破碎程度高，孔隙之间的通道被压窄或堵塞，形成部分小吼道连通大孔隙和封闭孔隙，孔径分布越集中，非均质性越强，孔隙复杂度高，连通性越差，随粒径减少煤样瓦斯吸附增速更快。同时微孔结构参数与瓦斯吸附量相关性最高，其次为中孔，而大孔参数与吸附量无明显相关关系，且比表面积与吸附量的相关性普遍高于孔体积，表明孔隙表面是瓦斯吸附发生的主要场所。进一步根据全孔孔径分布计算多重分形维数特征值，极限吸附量的多少也可以通过多重分形维数特征值来表征，不同煤样的分形参数对瓦斯吸附量的影响存在差异性，余吾煤样、天池煤样的吸附量与α呈正相关关系，与H呈负相关关系，而值域最值f(α)max相关关系不明显。