突出煤样孔径分布研究

2019-04-28陈阳

煤 2019年4期

陈阳

(洛阳义安矿业有限公司,河南新安 471821)

影响煤与瓦斯突出的因素有很多，其中煤体自身的性质是最基础的一项。众所周知，煤的孔隙结构复杂，不同的煤质，孔隙结构千差万别。煤的孔隙可分为微孔、介孔和大孔[1-2]，这些孔的具体分布情况对煤体瓦斯含量、煤与瓦斯突出情况有着重要影响[3]，因此，掌握煤样的孔径分布情况，对矿井实际生产过程中对煤与瓦斯突出防治都有着重要意义。本文以洛阳义安矿业有限公司突出矿井正村煤矿突出区域和非突出区域煤样为研究对象，在对煤样工业数据分析的基础上，通过贝士德3H-2000PS4型“静态容量法”比表面及孔径分析仪采用低温氮吸附法对两种煤样的孔径分布进行专业测试，并对比表面积、孔体积等重要参数进行分析，旨在通过对比得到突出矿井中突出区域与非突出区域煤样的孔径分布之间的差异，为矿井在实际生产过程中的煤与瓦斯突出防治提供基础的数据支持。

1 样品采集及测试

测试使用的煤样采自正村煤矿，分别取突出区域和非突出区域煤样各1块，用保鲜膜严密包裹，以杜绝氧化，在惰性环境下分别将其破碎，并用专用筛子筛选40～60目的煤样各200 g，保存备用。

各取适量煤样，利用HNGYFX-610型自动工业分析仪测量其水分、灰分及挥发分得到表1数据，用分析仪分别测量两种煤样的比表面积和孔径，并在此基础上进行对比分析。

2 测试结果及分析

2.1 比表面积分析

计算煤比表面积的方法有Langmuir法、 BET多点法、BET单点法、T-plot法、STSA法等，本文采用BET多点法，得到表2所示的煤样的比表面积。

表1 煤样工业分析 %

煤样水分Mad灰分Aad挥发分Vad非突出煤样 0.4211.3114.72突出煤样 1.9215.9819.22

表2 煤样比表面积

由表2可以看出，突出煤样的比表面积较非突出煤样大。这是由于在发生突出时，煤体受到的瞬时破坏强度较大，对煤体内部原有的孔隙结构造成破坏，使得煤样的比表面积增大[4]。

2.2 孔径分析

孔径分析方法有BJH法、MK-plate法、T-plot法、DR 法、Horvaih-Kawazoe法、DFT法等，本文采用BJH法得到图1所示的孔体积变化曲线，在同样的孔径下，突出煤样的孔体积均大于非突出煤样的孔体积，这是由于突出煤样的比表面积较非突出煤样大，而较大的比表面积体现在孔径更多的微孔和中孔的分布上，这就会导致突出煤样的孔体积更大[5]。此外，不论是突出煤样还是非突出煤样，孔体积均随着孔径的增大而逐渐增大，并且孔体积变化曲线先陡后缓，这就说明孔体积的增长速度呈现先增大后减小的变化过程，这也基本说明了两种煤样中大孔所占比例不大，而微孔和中孔是煤孔隙的主要组成部分。

图1 煤的孔体积变化曲线

通过微分孔体积对平均孔径作图，得出孔径分布图，如图2所示。

图2 煤的孔径分布曲线

两种煤样的微分孔体积均呈现先增长后降低的趋势，此外，突出煤样和非突出煤样微分孔体积的最大值对应的孔径分别在5 nm左右和8 nm左右，这表明在所有孔径中这是数量最多的孔，即煤样的最可几孔径随着煤发生突出而有所减小，这是由于突出煤样的比表面积较非突出煤样大，而煤样的比表面积基本和孔径呈负相关，这就导致了突出煤样的最可几孔径较非突出煤样有所减小[6]。

另外，从图2中还可以看出，突出煤样的微分孔体积在同样孔径条件下较非突出煤样大，这是由于微分孔体积是孔体积对孔径的微分，这也进一步验证了图1中分析的突出煤样在同样孔径条件下较非突出煤样大。