含水量对煤岩微观结构特征的影响分析.pdf

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1、能源技术与管理2013年第38卷第6期6EnergyTechnologyandManagementVoI_38No．6doi：1039696．issn．1672-9943．2013．06003含水量对煤岩微观结构特征的影响分析徐新斌，朱栋(江苏建筑职业技术学院矿业与交通工程学院，江苏徐州22l116)[摘要]水对煤岩微观结构变化影响是显著的，是改变煤岩物理力学性质的一个重要手段，对研究煤层注水防治冲击地压机理具有重要的指导意义。利用93lO型压汞微孔结构测试仪对不同含水量原煤试样进行孔隙相关参数检测，测试了试样不同孔隙体积及表面积等信

2、息，分析了自然原煤样及不同含水量煤样孔隙特征及水分对不同孔隙的影响。利用扫描电镜对含水量不同试样的微观形貌进行扫描观测，从微观结构变化上解释煤岩浸水弱化原理，加深对煤层注水预防冲击地压机理的认识。[关键词]微观结构；压汞试验；扫描电镜；冲击地压[中图分类号]TQ533．2[文献标识码]B[文章编号]把取自同一块煤样的自然原煤样按下列方法加工0引言成潮湿状态及饱和状态的试验煤样。煤岩内部含有裂纹、节理裂隙等非连续面，为潮湿状态煤样：在大气压力和室温下，将自然地下水提供了贮存和运移的场所，煤岩含水量对原煤样放入水槽中，先注水至煤样高度的1

3、／4处，其物理力学参数的改变具有重要影响⋯。深部开以后每隔2．5h分别注水至煤样高度的1／2和3／4采条件下的煤岩处于复杂的应力与地质环境下，处，10h后全部浸没煤样，煤样在水中自由吸水应力场、地下水渗流场的耦合作用是发生诸如煤24h。冲击等突变性破坏的重要原因_2-3]。2煤样浸水前后孑L隙率测定及分析研究发现煤岩内部各类孔隙和裂隙等微观结构通过毛细作用吸附水分，时间是决定吸附效果孔隙率是表征煤岩孔隙性的常用参数，是指主要因素，时间越长吸附效果越明显。文章对含水试样孔隙的体积与试样总体积的比值，以百分数量不同的煤岩进行单轴压缩劈坏，

4、利用9310型压表示。煤岩的孔隙、裂隙有的与大气相通，有的不汞微孔结构测试仪及HITACHIS-3000N扫描电相通。煤岩的总孔隙率n为：镜对破坏后的煤岩试样进行测试分析，着重研究=×100％(1)利用压汞试验测试含水量不同的煤样微观孑L隙的体积及表面积特征，同时利用扫描电镜分析含水式中，为试样体积，m。；Vp为试样孔隙总体积，m；G为试样的比重；为试样的干容重量不同的试样内部形态变化情况，对微观结构变kN／m3。化特征进行详细描述。从微观结构变化上解释煤煤岩孔隙率反映了孔隙和裂隙在煤岩中所占岩浸水弱化原理，加深对煤层注水预防冲击地压

5、的百分率，孔隙率愈大，煤岩中的孔隙和裂隙就愈机理的认识。多，煤岩的力学性能则愈差。孑L隙的大小和形状与1煤样的制备造岩矿物的颗粒形状及大小有关。当颗粒的大小相同时，棱角状的和扁平状颗粒煤岩的孔隙度较1．1自然原煤样制作煤样取自北京昊华能源股份有限公司长沟峪大；磨圆度好的颗粒，煤岩孔隙度较小。随着颗粒大小的减小和分选性的增加，煤岩孔隙度增大。煤矿采八一140m水平一壁顺槽，原煤样由井下采2．1实验原理取的大块煤样加工而成，用岩芯管取样，切割两端根据毛细现象，若液体对材料表面不浸润(即制成直径50ITIm、高100mm的圆柱形样品。1．2

6、含水原煤样制作润湿角0>90。)，则表面张力将阻止液体浸入孔隙。但是，对液体施加一定压力后，外力即可克服为研究含水量对煤岩内部微观结构的影响，2013年12月Feb．，2013徐新斌，等含水量对煤岩微观结构特征的影响分析7这种阻力而驱使液体侵入孔隙中，因此，通过测定分比；V为半径小于r的所有开孔孔隙体积；为液体充满一给定孔隙所需的压力值即可确定该孔试样的所有开孔孔隙体积；p为将汞挤入半径为r隙的大小。的孔隙所需压力，Pa；r为孔隙半径，m；为汞的在半径为r的圆柱形毛细管中压人不浸润液表面张力，N／m；0为汞对材料的润湿角。体，达到平衡

7、时，作用在液体上的接触环法线方向上式右端各量都是已知或可测的，这样就建的压力pTr?应与同一截面上张力在此法线上的立起了进汞量、汞压力和孔径大小及分布的关系。分量27rrtrcos0等值反向[引，即：2．2测定结果分析pTrr2=一27rrGcosO(2)2．2．1煤样浸泡前后孔隙率测定结果亦即：利用9310型压汞微孔结构测试仪测得的22o'c个煤样的真、视比重以及孔隙率如表1所示。p：一——osO(3)r表1煤样真、视比重和孔隙率测试结果式中，P为将汞挤入半径为r的孔隙所需压煤样取样糯孑力(也就是给于汞的附加压力)，Pa；r为孔隙半

8、径，m；or为汞的表面张力，N／m；0为汞对材料的润原煤样米八9上山工作面1．64751．67392．64浸泡5h煤样采八9上山工作面1．57621．64254．21湿角。浸泡10h煤样采八9上山工作面1．61341．7