[发明专利]一种煤全孔径测定及其孔形半定量化方法

说明书

本发明公开了一种煤全孔径测定及其孔形半定量化方法，将压汞法和液氮吸附法有机结合起来分析煤孔容随粒径变化情况，选取压汞法测定>20nm孔径段，液氮吸附法测定<20nm孔径段，并采用理论计算方法获得每克煤所包含颗粒数，进而得到单颗粒煤全孔径孔容分布特征，通过理论计算公式，得到了单颗粒煤孔长分布数据，结合煤孔形的分布特征，得到了半定量化煤孔形。本发明为研究煤中瓦斯吸附/解吸提供了更直观的观测方法。

技术领域

本发明涉及一种煤全孔径测定及其孔形半定量化方法，属于煤孔隙结构测定技术领域。

背景技术

煤是一种具有复杂结构的孔裂隙双重多孔介质，其孔隙特性直接决定了煤吸附瓦斯的能力、煤的渗透性及强度等性质，而煤的孔隙结构与瓦斯吸附性能又影响煤层瓦斯含量、煤与瓦斯突出危险性和瓦斯抽采。为此，国内外众多学者都对煤的孔隙结构及其对煤中瓦斯吸附特性的影响进行了研究，研究结果表明：煤中孔隙分布范围很广，孔隙直径可以小至微孔的0.5nm，大至大孔的1000nm，煤体内具有极其发育的＜10nm微孔隙，煤的比表面积、孔容、孔径分布、分形维数、孔形等是表征煤孔隙结构的常用指标，除孔形为定性描述外，其余均为定量化指标。因此，研究煤的孔隙结构极其重要，通过对煤孔隙结构的研究可为研究煤中瓦斯的吸附/解吸、渗流机理提供一定的理论依据，为不同矿区的瓦斯抽采与利用，防治煤与瓦斯突出提供了基础数据。

目前，孔隙测定方法归纳起来主要分为定性方法和定量方法，定性方法主要用来观察煤的孔形，其包括：CT扫描、扫描电镜、透射电镜、光学显微镜等，定量方法则可以得到煤孔隙结构的定量化指标，该方法包括：低温液氮吸附法、压汞法、小角度X射线散射法、小角度中子散射法等。其中低温液氮吸附法和压汞法因为成本低、操作简单，既可以通过液氮吸附等温线和进退汞曲线得到煤的孔形特征，又可以得到表征煤孔结构特征的比表面积、孔容等定量数据，从而得到了普遍应用，近年来,国内外许多学者利用低温液氮吸附法和压汞法对煤样孔隙特征进行了大量的研究,取得了一定的成果。

然而低温液氮吸附法和压汞法亦存在其不足之处，理论上液氮吸附法的测定范围为0.35～100nm，而压汞法可以测量7.2nm～750μm的孔隙，但在压力大于35MPa，对应孔半径为20nm时，煤体被压缩，孔隙结构可能造成损伤。为此，采用单一方法不能得到煤的全孔径分布情况。此外，采用这两种方法得到的定性化的孔形数据及定量化孔结构数据没有有机结合在一起，不能通过这些数据直观的看出瓦斯在煤中运移的难易等。而间接法测定煤层瓦斯含量方法需要在井下实测煤层真实瓦斯压力，在实验室测定单一粒径煤样的吸附常数(a、b值)、孔隙率、灰份、水份等数据，通过计算确定煤层瓦斯含量，因不同矿区、不同煤层，煤样在相同力作用下的破碎程度不同，采用单一粒径煤样测定煤层瓦斯含量不能反应所测煤层瓦斯含量真实值。

发明内容

本发明旨在提供一种表征煤全孔径的方法，且能将定性数据和定量数据有机结合，将大大推进研究煤中瓦斯吸附、运移等相关研究，作为煤层突出危险性预测的主要指标之一。

本发明提供的一种煤全孔径测定及其孔形半定量化方法，包括以下步骤：

步骤1.液氮吸附法测煤孔隙结构：