中高阶煤分形特征对瓦斯吸附的关键影响研究

该研究论文深入探讨了中高阶煤（Vdaf值小于25%）的分形特征对煤层瓦斯吸附规律的具体影响。作者通过对六个不同矿区的中高阶煤样本进行细致的研究，首先采用了高压容量法来测定煤样对瓦斯的吸附能力，通过Langmuir方程对这些数据进行拟合，从而获取了两个关键参数：Langmuir体积(VL)和Langmuir压力(PL)，这两个参数分别反映了煤样吸附瓦斯的总量和饱和程度。 在实验过程中，作者利用电子显微镜扫描技术(SEM)对煤体表面的孔隙特征进行了详尽的分析，揭示了煤体微观结构的复杂性和非均匀性。此外，利用Kolomogrov容量维的分形理论，他们计算出了煤样孔隙分布的分形维数，这是一种衡量复杂度和无序性的数学工具，分形维数越高，表明孔隙结构越不规则和复杂。 研究结果显示，各个煤样之间的孔隙结构差异明显，这直接影响了瓦斯的吸附性能。煤体的变质程度在很大程度上决定了分形维数，随着煤化作用的增强，孔隙结构变得更加复杂，这有利于瓦斯的吸附。有趣的是，当考察分形维数对VL和PL的影响时，发现VL与分形维数呈现出线性关系，即分形维数增加时，VL也随之增加，表明复杂的表面结构有利于吸附更多的瓦斯。然而，PL与分形维数的关系则呈现二次曲线趋势，这意味着尽管煤体表面越复杂，但达到饱和吸附所需的瓦斯压力并非线性增大，而是存在一个拐点。 该研究为理解中高阶煤瓦斯吸附行为提供了新的视角，即分形特征是影响瓦斯吸附的重要因素，尤其是在煤的微观结构变化过程中。这对于煤炭开采中的瓦斯控制策略以及提高瓦斯利用效率具有重要的实践意义。