構(gòu)造煤中封閉孔隙的演化機(jī)制及形成機(jī)理研究.pdf

1、煤中孔隙體積、比表面積和孔徑分布等孔隙結(jié)構(gòu)特征是煤中重要的物理性質(zhì)，這一性質(zhì)在煤層氣開發(fā)和煤與瓦斯突出預(yù)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(xué)者認(rèn)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(zhì)和結(jié)構(gòu)仍然存在諸多爭論?；诖吮疚慕Y(jié)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(jìn)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(jìn)行深

2、入探討了煤中不同類型的孔隙結(jié)構(gòu)演化的變質(zhì)變形機(jī)理的同時，結(jié)合原子力顯微鏡（AFM）觀測結(jié)果，對煤中封閉孔隙的形成機(jī)理進(jìn)行了探討，結(jié)論如下：
　　（1）煤中開放孔隙的孔隙體積和比表面積隨變質(zhì)程度呈現(xiàn)高-低-高的變化趨勢，大約在 Ro,ran=2.0％達(dá)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(qiáng)而增大，但是并不呈現(xiàn)嚴(yán)格的正相關(guān)關(guān)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(guān)的關(guān)系，與平均孔徑呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。
　?。?）在中高變質(zhì)煤中SAXS所測總孔隙體積隨變質(zhì)作用的增強(qiáng)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(zhuǎn)化的關(guān)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。
　?。?）研究發(fā)現(xiàn)隨變質(zhì)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(gòu)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(dǎo)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(qiáng)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。
　?。?）對煤樣進(jìn)行了 AFM掃描觀測，在對圖像進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)煤中存在一定量的封閉