構造煤中封閉孔隙的演化機制及形成機理研究.pdf

1、煤中孔隙體積、比表面積和孔徑分布等孔隙結構特征是煤中重要的物理性質，這一性質在煤層氣開發(fā)和煤與瓦斯突出預測等方面有著重要的意義，煤中甲烷的賦存狀態(tài)主要有吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)，目前一些學者認為部分甲烷以固溶態(tài)或是封閉于孔裂隙之中，同時煤中孔隙的性質和結構仍然存在諸多爭論?；诖吮疚慕Y合小角 X射線散射實驗和低溫液氮吸附實驗對煤中納米孔隙的特征進行了定量研究，揭示了煤中開放孔隙、封閉孔隙和總孔隙的孔隙體積、比表面積和孔徑分布特征，并進行深

2、入探討了煤中不同類型的孔隙結構演化的變質變形機理的同時，結合原子力顯微鏡（AFM）觀測結果，對煤中封閉孔隙的形成機理進行了探討，結論如下：
　　（1）煤中開放孔隙的孔隙體積和比表面積隨變質程度呈現(xiàn)高-低-高的變化趨勢，大約在 Ro,ran=2.0％達到低谷，煤的變形作用促使孔隙體積增大，特別是對亞微孔的影響最大，總體上煤孔隙的比表面積隨變形程度的增強而增大，但是并不呈現(xiàn)嚴格的正相關關系，分形維數(shù)可以作為表征孔隙吸附能力的一個參數(shù)，

3、與孔隙體積和比表面積呈正相關的關系，與平均孔徑呈負相關的關系。
　　（2）在中高變質煤中SAXS所測總孔隙體積隨變質作用的增強而增大，與開放孔隙孔隙體積的變化略有不同，其原因是總孔隙包括一定量的封閉孔隙，這反映了封閉孔和開放孔的此消彼長相互轉化的關系，開放孔隙堵塞形成封閉孔，封閉孔隙孔壁破裂彼此連通形成開放孔。
　　（3）研究發(fā)現(xiàn)隨變質程度的增大封閉孔隙體積呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，峰值大約在Ro,ran=2.5%左右，構造作

4、用使2-50nm孔隙發(fā)生兩種方式的變化：一方面變形作用導致10-50nm的孔隙發(fā)生破碎分裂形成5-10nm的小孔隙，這主要表現(xiàn)在脆性變形煤中；另一方面微孔以及2-5nm孔隙之間或和其它孔徑孔隙之間連通合并形成5-10nm的大孔隙。開放孔和封閉孔之間是一個動態(tài)變化的過程，在強變形煤中開放孔隙體積增加速度大于封閉孔隙，這是封閉孔隙體積比例減小的原因。
　　（4）對煤樣進行了 AFM掃描觀測，在對圖像進行分析之后發(fā)現(xiàn)煤中存在一定量的封閉