基于高能自由基化学活化的煤孔隙演化规律及增透机制研究

提高煤层渗透率是实现煤层瓦斯高效抽采、防治矿井瓦斯灾害的重要途径.针对瓦斯在煤结构微孔堆积、孔隙渗透率低的问题,提出孔壁反应性消解的煤结构扩孔增容思路,采用活化过硫酸盐生成羟基和过硫酸根等高能自由基活化消解煤有机结构,分析了作用煤体的孔隙分布、孔容、比表面积及孔隙分形特征的演变规律,阐明了煤活性官能团及结构特征参数的变化规律,揭示了煤孔壁芳香结构反应性溶蚀的扩孔增容机制.结果表明,羟基和过硫酸根高能自由基活化作用煤体后,煤样的微孔增加主要集中在0.7nm以下的超微孔,且微孔扩孔作用显著,生成了大量的介孔和大孔,含瓦斯高阶烟煤介孔体积增长了 50％以上,大孔体积增长了 40％以上.随着煤阶增加,扩孔增容率显著提升,无烟煤介孔体积增长达到了 578.91％,大孔体积增长达到了 331.37％.煤的比表面积增大均在50％以上,同时处置后煤体分形维数D,增大,孔隙粗糙度增大,增加了孔隙宽度和孔隙连通性.煤侧链的甲基亚甲基含量降低,芳香环含量和芳香度显著增大,阐明了煤孔壁中侧链脂肪烃和低聚合度芳香环反应消解的扩孔增容机制.研究结果为活化过硫酸盐在煤层瓦斯增透抽采中的现场应用提供了理论基础.