【背景】煤吸附甲烷或CO2气体后宏观物理性质的改变是由其内部细观的结构变形引起的，为了进一步了解煤细观的非均匀变形规律及其对煤结构的影响，更多细观的观测手段需要被利用。太原理工大学份冯增朝教授研究团队利用扫描电镜与显微CT相结合的方法，对煤在不同压力的吸附解吸状态下，内部结构的变化规律及其变形程度进行观测与评估。这项研究对于含瓦斯煤力学性质与渗流能力的研究具有非常重要的意义。
扫描电镜采用设备为中科院煤化所JSM-7001F型热场发射扫描电子显微镜。扫描电压为5 kV，幅宽为10 mm，扫描放大倍数为1 040倍，可对煤表面微米尺度细观结构进行观测。
CT扫描设备是太原理工大学采矿工艺研究所μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统。试验系统主要由以下4部分组成：① 耐压筒，由钛合金材料制成，用于放置煤样、储气，使煤样吸附，测试表明具有良好的气密性；② 装置主轴体，用于与显微CT固定以及耐压筒、压力表和阀门的连通；③ 精密数字压力表，用于显示耐压筒的甲烷气体压力；④ 其他辅助装置，如针形阀门，甲烷储气瓶和相应的管线等。煤样在耐压筒中垂直放置，并用轻质弹簧分别在上下两端固定，保证煤样在试验中位置固定不变；显微CT通过的射线源发射X射线，平板探测器可对扫描数据进行精确采集;试验装置固定在CT系统的旋转台上，扫描时匀速旋转，使煤样得以全方位扫描;显微CT的运动控制器的位移能够精确到微米，可确保装置在全部的扫描过程中不发生任何方向的偏移，从而保证试验结果的准确性。试验观测原理如下图所示。
研究人员发现实验所用阳煤集团寺家庄煤矿煤样是煤基质中含有少量黏土矿物质的天然非均质岩体；吸附解吸甲烷过程中，煤的细观结构变形分为膨胀变形(密度减小)与挤压变形(密度增大)。低吸附压力下，含黏土矿物质区域急剧膨胀，对邻近煤基质形成局部挤压，细观变形程度明显，压力升高后膨胀变形增强，挤压变形减弱;不含黏土矿物质的煤基质区域变形程度较低，近似于均匀变形。解吸后，煤不同区域的变形恢复能力与其非均匀程度有关，非均匀性越强，其变形恢复能力越差。
来源：《煤炭学报》
引用格式：周动，王辰，冯增朝，等.煤吸附解吸甲烷细观结构变形试验研究[J].煤炭学报,2016,41(9):2238-2245.（转载请标明出处）