煤与瓦斯突出动力源及突出煤层判别新方法研究

目前对于煤与瓦斯突出机理国内外学者尚无定论，尤其是突出动力源问题及突出后出现超量瓦斯的问题仍是众多学者争论的焦点。本项目针对突出动力来源问题，运用量子理论，从微观上研究煤体由于卸压而发生弹性变形过程中微孔及微微孔内甲烷分子的微观状态及赋存状态变化规律；借助管径规整的碳纳米管进行甲烷吸附实验，研究不同孔径煤孔隙对甲烷的吸附规律；对保持原有孔隙结构的突出（非突出）煤体进行加载，利用压汞仪对承压煤体进行孔隙孔径分布测试实验，研究突出煤体和非突出煤体在原岩应力作用下孔隙孔径分布规律的差异及卸压过程中孔隙孔径变化规律。通过对比突出煤体与非突出煤体在原始状态下吸附态瓦斯量差异及卸压过程中瓦斯解吸量差异，研究得出煤与瓦斯突出动力来源，并提出基于煤体孔隙结构、瓦斯赋存状态和煤层原始地应力的鉴定煤层是否为突出煤层的新方法。研究成果对推动煤与瓦斯突出机理研究、制定新的突出煤层鉴定标准具有重要指导意义。

我国煤与瓦斯突出矿井数目众多，突出事故时常发生。煤与瓦斯突出防治是我国煤矿企业安全工作的重心。正确认识煤与瓦斯突出机理是制定有效的煤与瓦斯突出防治措施的前提。目前对于煤与瓦斯突出机理国内外学者尚无定论。本项目针对煤与瓦斯突出动力来源问题，对所采集的53个突出煤样和非突出煤样、9种不同管径的碳纳米管样品、不同层间距的石墨片组进行了低温氮吸附实验，并重点分析了16个突出煤样与非突出煤样在微孔结构方面的差异。分别运用BJH法、t-plot法、D-A方程、BET法、Langmuir法、H-K方程研究了16个突出煤样与非突出煤样的微孔孔体积、比表面积、孔径分布几方面的差异。目前研究成果主要包括：突出煤样中过渡孔的体积百分比明显高于微孔和中孔的体积百分比，占总孔体积最高的达到71.4%，最低的达到64.8%，远远高于非突出煤样中过渡孔所占比例；非突出煤样中微孔（<20nm）的体积百分比远远高于突出煤样；突出煤样的孔容积远远大于非突出煤样，突出煤样的孔容积是非突出煤样的5~100倍；突出煤样的内比表面积达到1 m2•g-1左右，而非突出煤样均低于0.5 m2•g-1，突出煤样的内比表面积远大于大于非突出煤样，最大差值达7.5倍，因此采用t-plot法可以明显区分突出煤样与非突出煤样；突出煤样的比表面积是非突出煤样比表面积的数倍至数十倍；在已分析的数据表明突出危险煤样与无突出危险煤样在孔径分布上并无明显差异；碳纳米管及石墨片低温氮吸附实验表明当孔隙孔径小于某一数值时，其对氮气分子的吸附量会急剧增加。