原子力显微镜探析Pocahontas煤岩纳微力学特性

本文主要探讨了煤岩的纳微力学特性，以美国阿帕拉契亚山脉地区的Pocahontas煤岩为例进行深入研究。煤岩的微观力学性能对于煤炭开采设计和安全开发具有重要意义，然而当前对这一领域的研究相对较少，特别是在纳米尺度上的力学性能测试及其参数测定方面。 作者利用原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）的峰值力轻敲模式进行实验，该技术能够实现对煤岩纳微尺度的形貌、折减弹性模量（Reduced Young's Modulus, DMT）、黏附力、变形量以及耗散能的定量测量。通过这项试验，得到的DMT模量约为10^-14 GPa，黏附力约为20 nN，最大变形量约为12 nm，耗散能约为3 keV。这些数据表明，原子力显微镜峰值力轻敲模式作为一种有效的工具，为理解煤岩在纳米级别的力学行为提供了新的途径。 研究结果显示，这种测试方法不仅可以帮助研究者深入了解煤岩在纳米尺度下的破裂机制，解释由煤岩瓦斯耦合作用（如吸附效应）引起的力学现象，还为开展煤岩纳微力学特性的研究提供了新的实验手段和理论视角。这对于优化煤炭开采工艺，预测和控制矿井安全事故，以及提升煤炭开采过程中的效率和安全性具有重要意义。 因此，本文的工作不仅填补了煤岩纳微力学特性研究领域的空白，也为煤炭工程领域的未来研究提供了宝贵的实验数据和理论依据。通过深入探究煤岩的纳米世界，我们有望揭示其更为精细的力学行为，从而推动煤炭行业的科技进步。