保温时间对二次炭化型煤微结构的影响与力学-渗流特性强化研究
甘青青1
许江2
彭守建2
蔡果良3
耿加波1
1.江西理工大学应急管理与安全工程学院,江西赣州 3410002.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 4000443.中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室 重庆 400037
摘要：物理模拟试验是煤矿瓦斯灾害发生机制与防控的一种有效方法.目前开展煤矿瓦斯灾害物理模拟试验所用型煤材料其力学强度、渗透率与原煤差异性较大,如何改善型煤(BC)的抗压强度、渗透率是型煤成型过程中面临的关键问题.基于此,采用热压成型方法制作了若干不同保温时间下二次炭化型煤,并采用SEM、NMR、XRD、FTIR、MTS-815岩石力学试验系统和含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置对不同保温时间下二次炭化型煤进行测试分析,分析了不同保温时间对其表面形貌、T2 谱形态、孔隙度、微晶结构、基本结构单元芳香烃、烷基侧链和各种官能团演化规律,厘清了不同保温时间下二次炭化型煤的力学及渗流特性,并确定最优的保温时间.结果表明:随着保温时间的增加,二次炭化型煤表面粗糙度、孔径逐渐变大,且增至 6.7 h后,BC表面有裂隙出现,保温时间越长,裂隙越明显;BC累计孔隙度及中孔孔隙度逐渐增大,而微孔孔隙度逐渐减少;芳香层间距(d002)呈先减后增,而微晶直径(La)和微晶高度(Lc)均先增后减;脂肪链的长度减少,芳香环的缩合程度(Aar/Aal)呈先增大后减小;单轴抗压强度呈先增大后减小,渗透率呈先减小后增加.在保温时间为 5.3 h为最佳保温时间,此时热压BC的单轴抗压强度和弹性模量都最大、泊松比和渗透率最小,其力学强度、渗透率和密度依次为 9.85 MPa,1.49×10-15 m2 和 1.127 g/cm3.该研究为提高煤矿瓦斯灾害发生机制与防控基础试验中的真实还原性,有效预防控制煤矿瓦斯灾害事故具有重要的现实指导意义.
关键词：煤矿瓦斯灾害微结构力学特性渗流特性二次炭化型煤
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52074047)国家自然科学基金(51874055)
论文发表日期：2024-06-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 111-122 )
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