煤中可溶有机质对煤与瓦斯突出危险的影响研究

摘要

煤是一种复杂的有机岩石，除含大分子固体骨架外，还含大量可溶于有机溶剂的小分子有机物，它们存在于煤基质的孔隙甚至大分子网络结构中，必然会对煤层煤与瓦斯突出危险产生一定影响。本文立足于煤体结构，在测试全煤样和抽提残煤的孔隙结构、瓦斯吸附特性、力学强度参数等方面基础上，深入分析了可溶有机质对突出参数的影响规律，进而揭示了其对煤与瓦斯突出危险的作用机制。
　　采用四氢呋喃溶剂对3种不同变质程度的煤样分别进行微波辅助抽提，得到抽提物（可溶有机质）与抽提余物（抽提残煤）。采用N2吸附法系统地测试了全煤样和抽提残煤孔隙结构参数。结果表明，可溶有机质被抽提后，煤体总孔体积增大，比表面积减少，平均孔径增大，起到了增孔、扩孔作用，说明煤中可溶有机质抽提后，简化了煤孔隙结构，降低了煤中微小孔比例，使煤体结构相对简单化。
　　开展了抽提前后煤样的甲烷等温吸附实验，分析了抽提前后各煤样对甲烷的吸附特性变化规律。结果表明，抽提抽提残煤的甲烷吸附量均低于全煤样，说明煤中小分子有机物的存在可提高煤吸附甲烷的能力。
　　通过抽提前后煤体的抗压强度、抗拉强度等力学实验，研究了可溶有机质对煤体力学性能的影响。结果表明，3种不同变质程度煤样的抽提残煤，在相同实验条件下其煤体抗压强度、抗拉强度及弹性模量均高于全煤样，且突出煤抽提前后力学性质参数变化明显。表明可溶有机质被溶出后，使煤体蠕变能力减弱，简化了煤的孔隙结构，使煤基质的内部孔隙趋于均相化和简单化，降低了煤层煤与瓦斯突出的危险性。
　　实验室模拟测试了抽提前后煤体的煤与瓦斯突出参数，分析了煤体抽提前后其突出参数指标的变化规律。结果表明，抽提残煤的瓦斯含量、瓦斯放散初速度、瓦斯钻屑解吸指标 K1值及△h2等突出参数指标均比全煤样小。说明煤中可溶有机质的存在对煤与瓦斯突出有一定的促进作用。
　　根据可溶有机质对煤体孔隙结构、吸附特性和力学性质等参数的影响规律，深入分析了可溶有机质对突出参数指标的耦合关系，进而揭示了煤中可溶有机质对煤与瓦斯突出的作用机制，研究成果对进一步降低煤层煤与瓦斯突出危险性的相关技术具有一定的指导意义。

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1研究背景和意义（Topic Background and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status）

1.3研究内容和方法（Research Content and Method）

2 煤中可溶有机质对煤孔隙结构及甲烷吸附特性的影响

2.1煤样的溶剂抽提实验（Solvent Extraction of Coal）

2.2可溶有机质对煤孔隙结构影响（Soluble Organic Matter Effect on Pore Structure of Coal）

2.3 全煤样及抽提残煤甲烷等温吸附-解吸实验（ Isothermal Adsorption - Desorption of Methane from Raw Coal and Residual Coal）

2.4本章小结（Chapter Summary）

3可溶有机质对煤体力学参数的影响

3.1煤样的制备（Preparation of coal sample）

3.2 全煤样与抽提残煤单轴抗压实验（Experimental on Uniaxial Compression of Raw and Residual Coals）

3.3全煤样与抽提残煤抗拉实验（Experimental on Tensile test of Raw and Residual Coals）

3.4本章小结（Chapter Summary）

4抽提前后煤体突出参数演化规律

4.1 抽提前后煤体钻屑瓦斯解吸指标（Analysis index of coal cuttings gas before and after extraction）

4.2 煤中可溶有机质对煤层瓦斯含量参数的影响（ Effect of Dissolved Organic Matter in Coal on Gas Content Parameters of Coal Seam）

4.3煤体瓦斯放散初速度实验

4.4本章小结 （Chapter Summary）

5煤中可溶有机质对煤与瓦斯突出的作用机制

5.1 可溶有机质对煤孔隙结构与吸附特性的影响（ Effect of Soluble Organic Matter on Coal Pore Structure and Adsorption Characteristics）

5.2 可溶有机质对煤体力学性质的影响（Effect of Soluble Organic Matter on Coal Pore Structure and Adsorption Characteristics）

5.3 可溶有机质对煤与瓦斯突出的影响（Effect of Soluble Organic Matter on Coal and gas outburst）

5.4 本章小结（Chapter Summary）

6 结论及展望

6.1 主要结论（Main Conclusions）

6.2 主要创新点（Creative Points）

6.3 研究展望（Prospects）

参考文献

作者简历

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