突出煤樣孔徑分布研究

陳 陽

(洛陽義安礦業(yè)有限公司,河南 新安 471821)

影響煤與瓦斯突出的因素有很多，其中煤體自身的性質(zhì)是最基礎(chǔ)的一項。眾所周知，煤的孔隙結(jié)構(gòu)復雜，不同的煤質(zhì)，孔隙結(jié)構(gòu)千差萬別。煤的孔隙可分為微孔、介孔和大孔[1-2]，這些孔的具體分布情況對煤體瓦斯含量、煤與瓦斯突出情況有著重要影響[3]，因此，掌握煤樣的孔徑分布情況，對礦井實際生產(chǎn)過程中對煤與瓦斯突出防治都有著重要意義。本文以洛陽義安礦業(yè)有限公司突出礦井正村煤礦突出區(qū)域和非突出區(qū)域煤樣為研究對象，在對煤樣工業(yè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，通過貝士德3H-2000PS4型“靜態(tài)容量法”比表面及孔徑分析儀采用低溫氮吸附法對兩種煤樣的孔徑分布進行專業(yè)測試，并對比表面積、孔體積等重要參數(shù)進行分析，旨在通過對比得到突出礦井中突出區(qū)域與非突出區(qū)域煤樣的孔徑分布之間的差異，為礦井在實際生產(chǎn)過程中的煤與瓦斯突出防治提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。

1 樣品采集及測試

測試使用的煤樣采自正村煤礦，分別取突出區(qū)域和非突出區(qū)域煤樣各1塊，用保鮮膜嚴密包裹，以杜絕氧化，在惰性環(huán)境下分別將其破碎，并用專用篩子篩選40～60目的煤樣各200 g，保存?zhèn)溆谩?/p>

各取適量煤樣，利用HNGYFX-610型自動工業(yè)分析儀測量其水分、灰分及揮發(fā)分得到表1數(shù)據(jù)，用分析儀分別測量兩種煤樣的比表面積和孔徑，并在此基礎(chǔ)上進行對比分析。

2 測試結(jié)果及分析

2.1 比表面積分析

計算煤比表面積的方法有Langmuir法、 BET多點法、BET單點法、T-plot法、STSA法等，本文采用BET多點法，得到表2所示的煤樣的比表面積。

表1 煤樣工業(yè)分析 %

煤樣水分Mad灰分Aad揮發(fā)分Vad非突出煤樣 0.4211.3114.72突出煤樣 1.9215.9819.22

表2 煤樣比表面積

由表2可以看出，突出煤樣的比表面積較非突出煤樣大。這是由于在發(fā)生突出時，煤體受到的瞬時破壞強度較大，對煤體內(nèi)部原有的孔隙結(jié)構(gòu)造成破壞，使得煤樣的比表面積增大[4]。

2.2 孔徑分析

孔徑分析方法有BJH法、MK-plate法、T-plot法、DR 法、Horvaih-Kawazoe法、DFT法等，本文采用BJH法得到圖1所示的孔體積變化曲線，在同樣的孔徑下，突出煤樣的孔體積均大于非突出煤樣的孔體積，這是由于突出煤樣的比表面積較非突出煤樣大，而較大的比表面積體現(xiàn)在孔徑更多的微孔和中孔的分布上，這就會導致突出煤樣的孔體積更大[5]。此外，不論是突出煤樣還是非突出煤樣，孔體積均隨著孔徑的增大而逐漸增大，并且孔體積變化曲線先陡后緩，這就說明孔體積的增長速度呈現(xiàn)先增大后減小的變化過程，這也基本說明了兩種煤樣中大孔所占比例不大，而微孔和中孔是煤孔隙的主要組成部分。

圖1 煤的孔體積變化曲線

通過微分孔體積對平均孔徑作圖，得出孔徑分布圖，如圖2所示。

圖2 煤的孔徑分布曲線

兩種煤樣的微分孔體積均呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢，此外，突出煤樣和非突出煤樣微分孔體積的最大值對應(yīng)的孔徑分別在5 nm左右和8 nm左右，這表明在所有孔徑中這是數(shù)量最多的孔，即煤樣的最可幾孔徑隨著煤發(fā)生突出而有所減小，這是由于突出煤樣的比表面積較非突出煤樣大，而煤樣的比表面積基本和孔徑呈負相關(guān)，這就導致了突出煤樣的最可幾孔徑較非突出煤樣有所減小[6]。

另外，從圖2中還可以看出，突出煤樣的微分孔體積在同樣孔徑條件下較非突出煤樣大，這是由于微分孔體積是孔體積對孔徑的微分，這也進一步驗證了圖1中分析的突出煤樣在同樣孔徑條件下較非突出煤樣大。

3 結(jié) 語

1) 無論是突出煤樣還是非突出煤樣，孔體積均隨著孔徑的增大而逐漸增大，并且孔體積的增長趨勢呈現(xiàn)先增大后減小的過程，在同樣的孔徑下，突出煤樣的孔體積均較非突出煤樣有所增大。

2) 突出煤樣的最可幾孔徑較非突出煤樣有所減小，而在同樣孔徑條件下，微分孔體積亦有所減小。