煤炭学报

作者：郭德勇, 郭晓洁, 李德全,

关键词：构造煤, 构造变形, 微孔-中孔, 多重分形,

煤作为一种复杂的天然多孔性固体物质，其纳米级孔隙对煤层气的储集和运移有着重大影响。我国受成煤盆地多期次构造运动影响，煤层普遍发育不同破坏类型的构造煤，构造煤纳米级孔隙结构在构造变形作用下发生重要变化，这一变化不仅影响着煤层瓦斯的储集和赋存状态，同时也对煤与瓦斯突出预测和煤层气开采具有重要意义。采集首山一矿和义安矿不同变形程度构造煤样品，基于低温液氮吸附(2~50 nm)和二氧化碳吸附(＜2nm)实验，利用多重分形理论分析了构造变形对煤的微孔-中孔结构的影响。结果表明煤样微孔和中孔均具有多重分形特征，微孔广义分形维数谱宽D10-~D10+和奇异指数α0随变形程度的增加整体递增，中孔则先降低后增加。弱变形阶段，微孔信息维数D1和赫斯特指数H逐渐降低而多重分形奇异谱谱宽Δα逐渐增加，中孔D1和H逐渐增加而Δα逐渐降低。强变形阶段，微孔D1,H和Δα均没有发生明显变化，中孔D1和H明显降低,Δα明显增加。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏强度的关系，弱变形阶段，构造变形作用导致煤的微孔结构趋于复杂，孔隙连通性较差，中孔结构趋于简单，归因于官能团脱落以及应力作用下部分中孔结构的收缩。强变形阶段，微孔结构差异依然较强，中孔结构差异则由弱变强，这与强构造应力作用下形成大量的分子间孔、缺陷以及气孔有关。

来源：2019年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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