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煤孔隙結構指煤層所含孔隙的大小、形態(tài)、發(fā)育程度及其相互組合關系。表征煤孔隙結構的基本參數(shù)是:孔徑、比孔容、比表面積、孔隙度和中值孔徑等。觀測煤孔隙的方法很多,如壓汞法可用于測量直徑大于7.5nm的孔隙;低溫氮吸附法可測量孔徑更小的孔隙;二氧化碳吸附法常用于測量比表面積;用光學顯微鏡和電子顯微鏡可觀察孔隙特征及其充填情況,并可判別孔隙的成因。 ①煤比孔容(specificporevolumeofcoal)——單位質量煤中孔的容積,常以厘米3/克或毫升/克為單位。在煤變質過程中,大孔和中孔的比孔容在總比孔容中所占比例有減少趨勢,而微孔的比孔容所占比例有增加趨勢。 ②煤比表面積(specificsurfaceareaofcoal)——單位質量煤中孔隙的表面積,常以米2/克為單位。煤中孔徑小于10納米的微孔的比表面積在總比表面積中占有的比例最大。用不同方法測量比表面積的結果不一樣。通常用二氧化碳作吸附質,采用吸附法測量比表面積,若改用氮作吸附質,或者用壓汞法測比表面積,其結果小很多。 ③煤孔隙尺寸分類 煤中孔的大小差別極大,最小孔的孔寬為納米(nm,即10-9m)級。我們曾測出的最小的孔寬約0.6nm左右,其中裝下一個甲烷分子(直徑為0.41nm)后,第二個甲烷分子進不去。煤中還可能有更小的孔,連一個氦分子(直徑為0.178nm)也通不過。 前蘇聯(lián)學者霍多特(Ходот,В.В.)1966年提出煤孔隙大小分類方案,即按孔半徑將煤中所含的孔分成四類: 霍多特的煤孔隙大小分類 孔類別孔半徑大孔孔半徑>10000A(>1000nm)中孔孔半徑10000~1000A(1000~100nm)過渡孔孔半徑1000~100A(100~10nm)微孔孔半徑<100A(<10nm)我國煤中孔隙發(fā)育特征有如下認識: (1)、所有煤里同時存在大小不等的孔隙。 (2)、在煤這種多孔物質內,以孔寬小于200nm的過渡孔、小孔、微孔和超微孔為主。 (3)、在同煤級的煤中,鏡質組(特別是基質鏡質體)內部小于200nm的孔較發(fā)育,由此推測,在以鏡質組為主要成分的鏡煤和亮煤里較為富集煤層氣。 (4)、在不同煤變質程度的煤中,孔隙總體變化趨勢是:褐煤的孔隙最為發(fā)育,煙煤的孔隙發(fā)育程度相對較差,到無煙煤階段,孔隙又有所增加;隨煤級升高,孔寬大的孔所占比例下降,孔寬小的孔所占比例上升。褐煤的孔隙雖然最為發(fā)育,但是孔寬大的孔所占比例較大,總比表面積并不大,褐煤又含水較多,褐煤礦埋藏一般都淺,以致褐煤的含氣量通常較少。無煙煤內孔寬小的孔所占比例較大,總比表面積較大,加上無煙煤對甲烷的吸附性較強,以致在其他地質條件相同條件下,無煙煤往往含有較多的煤層氣。 以上只是測試資料反映出來的現(xiàn)象。 從實用角度出發(fā),用壓汞法和低溫吸附法定量測試煤的孔隙,以及用顯微鏡和電子顯微鏡定性觀察煤孔隙都沒有很大的實用意義。 |
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