深部中阶煤孔结构的压汞—液氮联合表征及孔隙分形特征OA北大核心

为研究深部中阶煤的孔隙结构特征与孔隙分形规律,利用压汞法和液氮吸附法对沈阳红阳三矿、开滦林西矿、淮南新集二矿和平顶山平煤六矿等典型深部开采矿区的主采煤层煤样进行了孔径、孔容、比表面积等参数测试,基于Menger海绵模型和FHH模型进行了孔隙分形规律的研究。结果表明:(1)基于压汞法的孔隙结构参数测试中平均孔径31.10~34.70 nm,总孔容0.0483~0.0594 mL/g,总比表面积5.5909~7.6528 m^(2)/g,得出典型深部开采矿区的主采煤层孔隙发育比较接近;孔容分布以大孔孔容占主导,微孔与过渡孔孔容比重相当,中孔的孔容分布相对较小,表明大孔孔隙连通性较好,中孔较为闭塞;比表面积分布以微孔为主,占比达70%以上,而中孔和大孔的比重甚微,可见微孔吸附能力最强,不利于深部煤层瓦斯治理;Menger海绵模型分形维数介于2.6~3之间,表明孔隙形状很不规则,孔隙较为复杂,整体上孔隙表面较为粗糙。(2)基于液氮吸附法测试的有效孔径范围为3~177 nm,总孔容与比表面积不同的矿区差异明显,孔容分布以过渡孔和中孔为主,微孔分布较低,大孔为0,表明利用液氮吸附法对于中孔、过渡孔有很好的表征,而难以表征大孔结构,且微孔的孔隙连通性较差;比表面积分布中主要为过渡孔、微孔和中孔,大孔为0,其中以过渡孔为主,且其吸附能力也较强;FHH模型分形维数介于2.0~2.7,结构较为简单规则。(3)讨论了深部中阶煤孔隙结构差异性,其中压汞法和液氮法的孔隙结构参数(比表面积、孔容)随埋深的增加均呈非线性的凹曲线变化;Menger海绵模型与FHH模型分形维数则随埋深的增加呈凸曲线的变化趋势。