【摘 要】
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我国煤炭赋存情况复杂,特别是在厚煤层发生煤与瓦斯突出灾害的可能性急剧增大。一些典型突出事故表明突出主要发生在构造带附近,且该区域主要为松散易碎的构造煤,其最大变化就是极大增加了瓦斯吸附/解吸能力。在本论文中,采用实验室实验和理论计算相结合的方法,以孔隙测定理论、煤吸附/解吸动力学、瓦斯能量理论为指导,分析了焦煤的孔隙结构与吸附/解吸特性之间的关系,阐明了构造运动对焦煤孔隙特征的影响,确定了构造煤快
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我国煤炭赋存情况复杂,特别是在厚煤层发生煤与瓦斯突出灾害的可能性急剧增大。一些典型突出事故表明突出主要发生在构造带附近,且该区域主要为松散易碎的构造煤,其最大变化就是极大增加了瓦斯吸附/解吸能力。在本论文中,采用实验室实验和理论计算相结合的方法,以孔隙测定理论、煤吸附/解吸动力学、瓦斯能量理论为指导,分析了焦煤的孔隙结构与吸附/解吸特性之间的关系,阐明了构造运动对焦煤孔隙特征的影响,确定了构造煤快速解吸特性对突出过程中的促进作用。构造运动造成了焦煤孔隙结构、形状发生巨大变化。其中,构造煤的孔容及其比表面积是原生煤的1.23～2.97倍和2.08～6.93倍,说明构造运动会促进孔隙演化发展;构造煤中孔隙主要以微孔形式存在,孔容在6.141～12.434 cm~3/g之间,占总孔容的28.90%～40.94%,比表面积在5.011～9.194 cm~2/g之间,占总比表面积的72.16%～78.46%;焦煤粉化过程会增加孔隙结构复杂性,但构造煤微孔增加量相对于原生煤较小,表现为其微孔占比的减小,这表明形成构造煤时会改变煤的孔隙结构,进而提高了煤的吸附能力和气体流动性。构造运动通过改变影响焦煤吸附能力的孔隙结构使极限瓦斯吸附量相较于原生煤增加了23.67%～125.54%,并且构造煤和原生煤的极限瓦斯吸附量随着粒径的减小分别增大了1.06～1.93倍。构造煤孔隙结构分形维数有所降低,说明地质构造作用使构造煤样孔基质发生破坏,使得孔隙结构变得简单且单一,并受煤粉化程度影响。另外,构造运动造成焦煤孔隙结构演化的同时影响了其瓦斯解吸能力;从初始瓦斯解吸量来看,构造煤前60 s的瓦斯解吸量为3.61～9.13 mL/g,是原生煤（1.45～5.75 mL/g）的1.59～2.49倍;相同粒径的构造煤比原生煤解吸能力更强,构造煤初始瓦斯解吸速率为5.5829～16.41mL/g·min,是原生煤（4.3645～8.5324 mL/g·min）的1.28～1.92倍;焦煤孔隙大小及孔形发育特征影响解吸特性,构造运动使得焦煤粉化的同时促进了孔隙发育,并使孔隙结构趋于简单化,进而加强煤中瓦斯流动,提高解吸能力。构造煤是煤与瓦斯突出的必要条件之一。首先在解吸的初始阶段,构造煤吸附的瓦斯气体更容易从内部移动到表面;其次是粉化构造煤极快的瓦斯解吸速率特性,解吸速率越大其瓦斯膨胀能也越大,运输破碎煤岩的动力更大;具体的,沙曲构造煤样的瓦斯膨胀能在0.808～3.683 J之间,是原生煤（0.41～1.616 J）的1.86～3.97倍;经估算得到的构造煤临界突出粒径为2.761,是原生煤（0.702）的3.93倍,同样表明构造煤突出危险性的增加。
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