煤田地质与勘探

作者：张宁远, 姚素平,

关键词：孔隙结构, 表面粗糙度, 构造煤, 原子力显微镜, 脆性变形, 孔径分布,

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强，是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜，结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件，对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明：构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育，但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度，脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段：弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小，平均孔数量缓慢增长，平均孔径缓慢减小，该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育；强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响，平均孔数量迅速增长，平均孔径迅速减小，这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm，其中，弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化，而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析，建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明，大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者，构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构，进而影响煤的表面粗糙度。

来源：2022年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2022年第5期