煤与瓦斯突出微观机理探索研究

• 作者: 聂百胜 马延崑 何学秋 赵丹 柳先锋 邓博知 李祥春 孟筠青 宋大钊
• 来源期刊: 中国矿业大学学报
• 学科: 工学
• 关键词: 煤与瓦斯突出 纳米孔 闭孔 微气爆 突出微观机理
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 页码范围: 207-220
• 页数: 14页
• 分类号: TD712
• 语种: 中文

摘要

为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO2吸附法、低温N2吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35～11 000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔隙(直径≤100 nm)占总孔容最高达92.7％,比表面积占总比表面积98％以上;SAXS测试对应孔隙范围内,闭孔孔隙比例占总孔容6.2％～80.9％,比表面积占总比表面积22.9％～87.5％.建立了煤体失稳条件下的孔隙破坏模型,分析了含瓦斯煤纳米孔隙结构破坏和骨架微破裂的条件,描述了微观上煤体的3种微观破坏现象:闭孔孔隙在采掘扰动下薄弱位置发生破坏导致高压瓦斯气体膨胀喷出造成的"闭孔微气爆";开孔孔隙的非均匀及其受载的非均衡性以及瓦斯流动对多孔汇聚的孔隙喉道产生作用造成的"纳米开孔微损伤";受采掘扰动或孔隙破坏瓦斯能量作用下的煤体骨架"微破裂".由此提出煤与瓦斯突出发生的微观机制,并阐述了突出过程的4个阶段,即:在突出准备阶段,采掘扰动诱发3种微破坏同步或次序发生,产生复合连锁效应,导致突出能量积聚且阻力降低;当释放的瓦斯汇聚和应力共同产生的能量突破了突出屏障区域煤体的约束,突出就会发生;微破坏范围的扩大及其复合连锁的持续性推动了突出的发展;微破坏的减弱和能量供给的减少、突出路径阻力增大使得突出终止.基于突出发生的微观机制对突出过程中声音预兆、爆破诱导突出、延时突出和低指标突出的现象进行解释,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望.