袁軍偉，夏靜怡，初紹飛

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454003；2.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南焦作 454000；3.煤礦災(zāi)害預(yù)防與搶險(xiǎn)救災(zāi)教育部工程研究中心，河南 焦作 454000；4.山西潞安環(huán)保能源開(kāi)發(fā)股份有限公司漳村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

瓦斯抽采是瓦斯災(zāi)害防治的治本之策，是煤層氣（瓦斯）規(guī)?；玫幕A(chǔ)。現(xiàn)階段我國(guó)資源開(kāi)采主要集中在低透氣性煤層中，常見(jiàn)的瓦斯增透促抽技術(shù)原理有以下幾類[1-4]：①保護(hù)層開(kāi)采：即上（下）部煤層先行開(kāi)采保護(hù)層，使被保護(hù)層大范圍泄壓；②水力壓裂：即在煤層裂隙中注入高壓水，使煤體壓裂從而增大煤層透氣性；③高能氣體爆破：即使用高能量氣體爆破煤體，有效增加煤層透氣性；④水力沖孔：即用高壓水煤層內(nèi)部沖刷形成孔洞，孔周煤體蠕變過(guò)程中形成新的裂隙，從而增加煤層透氣性。但上述增透促抽技術(shù)也存在一定的局限性[5-6]，如開(kāi)采保護(hù)層僅適用在層間距合適的煤層群中開(kāi)采，單一煤層或不具備開(kāi)采技術(shù)條件是無(wú)法實(shí)施；水力壓裂僅適用于容易和較易抽采瓦斯的煤層中，然而所需設(shè)備龐大，投資大，受地面地形條件限制，造成地下水污染；水力沖孔適用于自噴性較好的煤層等等。

冷凍致裂技術(shù)是隨著寒區(qū)開(kāi)發(fā)興起的一種新型煤巖體致裂技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了眾多研究。借鑒寒區(qū)凍融巖體內(nèi)部的致裂機(jī)理[7-9]，從煤體的物質(zhì)組成、孔隙結(jié)構(gòu)、次生膠結(jié)物性質(zhì)等因素出發(fā)，對(duì)影響煤體內(nèi)孔隙-裂隙發(fā)育的因素進(jìn)行探究。

在凍融循環(huán)對(duì)煤巖體孔隙-裂隙改造特性方面的研究方面，張志強(qiáng)等[10]認(rèn)為在凍融過(guò)程中，由于各巖層和礦物的熱膨脹系數(shù)不相一致，使裂隙增多，從而造成煤層氣的抽采難度降低；劉?？档萚11]研究得出凍融對(duì)巖體的損傷程度受飽和度影響較大；周科平[12]經(jīng)試驗(yàn)得出，冷凍作用可以使煤巖體破裂，從而對(duì)強(qiáng)化抽采起到積極的作用。凍融循環(huán)技術(shù)因其環(huán)保增透效果強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，該技術(shù)將提高煤層的增透率，起到良好的增透效果[13-14]。但現(xiàn)有研究中，對(duì)冷凍無(wú)煙煤孔隙改造和冷凍效果及最佳次數(shù)研究較少。為此，使用冷凍箱（-20 ℃）對(duì)無(wú)煙煤進(jìn)行凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)核磁共振測(cè)試后，得到煤樣的T2圖譜，分析無(wú)煙煤凍融循環(huán)致裂效果；研究低溫冷凍對(duì)無(wú)煙煤孔隙結(jié)構(gòu)改造特征，確定該技術(shù)措施在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中較合理的凍融循環(huán)次數(shù)。

1 NMR 無(wú)損測(cè)定技術(shù)原理與應(yīng)用

1.1 NMR 無(wú)損測(cè)定技術(shù)原理

核磁共振是具有磁矩和角動(dòng)量的原子核所在的系統(tǒng)中所發(fā)生的一種自然現(xiàn)象，原子核可以吸收強(qiáng)磁場(chǎng)中存在一定頻率的電磁輻射。當(dāng)原子核中的質(zhì)子和中子有1 項(xiàng)或者2 項(xiàng)為奇數(shù)時(shí)，則具備產(chǎn)生核磁共振的條件。原子核自旋時(shí)具有磁矩和自旋角動(dòng)量，在外部施加1 個(gè)核定磁場(chǎng)B，磁矩發(fā)生旋進(jìn)，繼續(xù)施加垂直于B 的交變磁場(chǎng)B0。把z 軸磁場(chǎng)增加至原來(lái)的63%時(shí)的所需的時(shí)間稱之為T1弛豫時(shí)間，把xy 軸方向上的磁場(chǎng)Bxy減小至原來(lái)的37%時(shí)所需的時(shí)間稱之為T2弛豫時(shí)間。核磁共振技術(shù)（NMR）是依據(jù)氫元素在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)得到細(xì)觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，對(duì)煤樣中氫元素核磁信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，從而獲取煤體孔隙中流體的核磁共振T2圖譜。

1.2 煤樣孔隙結(jié)構(gòu)與T2 圖的關(guān)系

在煤樣核磁共振研究和應(yīng)用中包括了橫向弛豫和縱向弛豫2 個(gè)過(guò)程，弛豫主要有自由、表面、擴(kuò)散3 種。1/T1為縱向弛豫速率，其在孔隙流體包括自由和表面弛豫速率；1/T2為橫向弛豫速率，其包括橫向自由弛豫速率、橫向表面弛豫速率、橫向擴(kuò)散弛豫速率。因此在煤體孔隙的研究中，流體的1/T2橫向弛豫速率可以用下式來(lái)表示：

由式（2）可知，煤體內(nèi)孔的比表面積越大，表面相互作用的影響越強(qiáng)烈，弛豫越強(qiáng)，T2弛豫時(shí)間越短；反之，則T2時(shí)間越長(zhǎng)。核磁共振的全部T2圖譜面積，是反映孔隙結(jié)構(gòu)變化的1 個(gè)重要參數(shù)，它等于或略小于巖石的有效孔隙度。可以視為核磁共振孔隙度，弛豫時(shí)間譜積分面積的大小，與巖體中所含流體的多少成正比，因此巖樣在經(jīng)歷不同的凍融循環(huán)次數(shù)后，T2譜分布積分面積的變化，可以反映巖石孔隙體積的變化。T2表面弛豫時(shí)間可反映孔徑的大小，橫向弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的孔徑越大。T2弛豫時(shí)間小于10 ms 的T2圖譜范圍代表試樣中微小孔，10～100 ms 之間代表中孔，大于100 ms 代表大孔及裂隙，T2圖譜的幅值越高，孔的數(shù)目越多。

2 試驗(yàn)流程

2.1 試樣采集與準(zhǔn)備

從河南焦作古漢山煤礦二1 煤層工作面采集大塊原生結(jié)構(gòu)無(wú)煙煤，并用保鮮膜進(jìn)行密封。將所采集原煤在Z5040 型立式鉆床上切割成φ25 mm×50 mm圓柱形煤樣。切割時(shí)確保煤柱由同一塊原煤中切割而來(lái)，煤柱上下端面平整光滑，與軸線垂直，且煤柱表面沒(méi)有形成因?yàn)殂@割產(chǎn)生的較大裂縫。

2.2 試驗(yàn)裝置

煤體凍融循環(huán)致裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括核磁共振測(cè)試裝置、真空飽水裝置、干燥稱重裝置和凍融循環(huán)裝置4 部分。

1）核磁共振測(cè)試裝置。低場(chǎng)核磁設(shè)備采用蘇州紐邁科技有限公司生產(chǎn)的MseoMR23-060H-I 型低場(chǎng)核磁共振實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括主機(jī)、顯示器、測(cè)試裝置和測(cè)試線圈，設(shè)備磁場(chǎng)強(qiáng)度（0.5±0.05）T，儀器主頻率為21.3 MHz，該系統(tǒng)裝配有25 mm 和50 mm 2種不同尺寸的線圈，在測(cè)試時(shí)需要將飽水煤柱試樣放置于線圈之中。由于煤樣尺寸越大，其每次凍融循環(huán)所需的時(shí)間周期越長(zhǎng)；為節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)選用25 mm 線圈。

2）干燥稱重裝置。干燥稱重裝置由干燥箱和電子天平組成。干燥箱為上海一恒科技有限公司生產(chǎn)的GRX-9053A 熱空氣消毒箱，干燥箱溫度設(shè)置為105 ℃。電子天平型號(hào)為ME-T 精密天平，其量程為0～220 g，精度為0.1 mg。

3）真空飽水裝置。真空飽水裝置主要包括真空泵和飽水裝置，真空泵型號(hào)為2XZ-4 型旋片式真空泵，最大抽真空壓力可達(dá)-0.1 MPa。

4）凍融循環(huán)裝置。凍融循環(huán)裝置由冷凍箱和解凍燒杯組成。本實(shí)驗(yàn)采用冷凍箱對(duì)煤樣進(jìn)行冷凍。冷凍箱型號(hào)為BCD-58A118，冷凍溫度為-20 ℃，冷凍箱規(guī)格為270 mm×350 mm×300 mm。燒杯為400 mL的大容量器皿，在室溫?zé)o風(fēng)流的燒杯內(nèi)自然解凍。

2.3 操作步驟

1）取加工好的φ25 mm×50 mm 無(wú)煙煤煤樣，放入干燥箱中，干燥箱設(shè)置溫度為105 ℃。每隔6 h 取出煤樣在電子天平上進(jìn)行稱重，當(dāng)煤樣的質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí)，認(rèn)為干燥完全。

2）將干燥完畢的煤樣冷卻后放置于真空飽水裝置中，在10 Pa 的壓力狀態(tài)下真空飽水8 h 以上，確保煤樣完全飽水。對(duì)煤樣進(jìn)行真空飽水時(shí)，需將煤柱放入裝有蒸餾水的燒杯中，確保煤柱全部處于蒸餾水液面之下，將燒杯放入真空飽水裝置的真空罩內(nèi)，打開(kāi)真空飽水裝置開(kāi)關(guān)進(jìn)行抽真空。

3）取出飽水后的煤樣，擦干外表面水珠后，對(duì)煤樣進(jìn)行核磁共振測(cè)試，測(cè)得未凍融循環(huán)原始煤樣的T2圖譜。核磁共振實(shí)驗(yàn)操作步驟為：①打開(kāi)計(jì)算機(jī)和NMR 測(cè)試系統(tǒng)配套軟件，設(shè)置好FID 序列和所使用線圈；②打開(kāi)射頻開(kāi)關(guān)，連接線圈，將煤樣放入線圈，設(shè)置好儀器相關(guān)參數(shù)，SW 譜寬333.333 kHz、SF 頻率主值21 MHz，O1頻率偏移量674 805 Hz、RFD 開(kāi)始采樣時(shí)間的控制參數(shù)0.08 ms、RG1 模擬增益15 db、P1 90°脈寬6 μs、DRG 增益3、DR 直接數(shù)字化X 射線攝影系統(tǒng)1、TW 重復(fù)采樣等待時(shí)間1 500 ms、NS 重復(fù)采樣次數(shù)64、PRG 前置放大增益1、P2 180°脈寬11 μs、TE 回波時(shí)間0.201 ms、NECH回波個(gè)數(shù)1 000；③按照實(shí)驗(yàn)儀器操作步驟進(jìn)行校準(zhǔn)；④校準(zhǔn)完畢后，對(duì)煤樣進(jìn)行核磁測(cè)試。

4）將進(jìn)行NMR 測(cè)試后的煤樣重新真空飽水，并按照步驟2）中要求進(jìn)行飽水；取出飽水后煤樣，擦干外表面水珠。

5）取飽水后煤樣裝入密封袋中，確保密封完全。由于冷凍箱為風(fēng)冷式制冷，為防止風(fēng)流對(duì)煤樣產(chǎn)生的風(fēng)干作用，降低煤樣保水效果，因此放入密封袋中。

6）將密封袋放置于冷凍箱-20 ℃中，冷凍3 h以后取出，置于燒杯內(nèi)，在室溫?zé)o風(fēng)流條件下自然解凍，直至完全恢復(fù)室溫。

7）對(duì)恢復(fù)至室溫的煤樣進(jìn)行核磁共振測(cè)試。

8）重復(fù)步驟4）～步驟7），即進(jìn)行真空飽水-低溫冷凍-恢復(fù)室溫-核磁測(cè)試循環(huán)。對(duì)同一煤樣進(jìn)行9 次凍融循環(huán)。

3 凍融循環(huán)對(duì)煤體孔隙結(jié)構(gòu)改造特征

3.1 原始未凍融煤樣的T2 圖譜

按照學(xué)者對(duì)T2弛豫時(shí)間與孔隙結(jié)構(gòu)的研究成果[15-17]，T2弛豫時(shí)間小于10 ms 的范圍代表微小孔，10～100 ms 之間的區(qū)域代表中孔，大于100 ms 的區(qū)域代表大孔及裂隙。因此，將煤樣的T2圖譜劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個(gè)部分，即T2＜10 ms、10 ms＜T2＜100 ms、T2＞100 ms 3 個(gè)部分，分別代表小孔、中孔、大孔及裂隙，其代表區(qū)域的面積為煤樣所對(duì)應(yīng)孔隙數(shù)量，T2圖譜的幅值越高，則對(duì)應(yīng)的圖譜面積越大，該區(qū)域?qū)?yīng)孔類型的數(shù)量越多。原始飽水未凍融狀態(tài)下，無(wú)煙煤（-20 ℃）的T2圖譜如圖1。

圖1 無(wú)煙煤（-20 ℃）的T2 圖譜Fig.1 T2 spectrum of anthracite（-20 ℃）

由圖1 可以看出，第1 峰位于Ⅰ區(qū)，即小孔孔隙區(qū)；第2 峰的一部分位于Ⅱ區(qū)，即中孔孔隙區(qū)，一部分位于第3 峰區(qū)，即大孔及裂隙區(qū)；第3 峰位于Ⅲ區(qū)，即大孔裂隙區(qū)。試驗(yàn)煤樣中小孔、中孔、大孔及裂隙均有發(fā)育。無(wú)煙煤煤樣的T2圖譜總面積為17 217.9；第1 峰面積為15 886.07，占比為96.265%；第2峰面積為1 250.169，占比為7.261%；第3 峰面積為81.654，占比為0.474%。由此可知，第1 峰的面積遠(yuǎn)大于第2 峰、第3 峰面積，說(shuō)明試驗(yàn)所用無(wú)煙煤小孔隙極為發(fā)育，中孔次之，大孔及裂隙最少。

3.2 不同凍融循環(huán)次數(shù)條件下T2 圖譜

對(duì)同一煤樣共進(jìn)行了9 次凍融循環(huán)試驗(yàn)，不同凍融循環(huán)次數(shù)煤樣的T2圖譜如圖2，不同凍融次數(shù)T2圖譜特征值的變化情況見(jiàn)表1。

圖2 不同凍融循環(huán)次數(shù)煤樣的T2 圖譜Fig.2 T2 spectrums of different freeze-thaw cycles

表1 不同凍融次數(shù)T2 圖譜特征值的變化情況Table 1 Variation of characteristic values of different freeze-thaw times

由圖2 可知，在經(jīng)過(guò)3 次凍融循環(huán)時(shí)，煤樣T2圖譜譜峰迅速增大，T2圖譜面積增幅明顯，第4～第9 次凍融循環(huán)煤樣的T2圖譜變化不大。

由圖2 及表1 分析可知：

1）隨著凍融次數(shù)的增加，T2圖譜總體形態(tài)保持一致，第1 峰值增大，第2 峰、第3 峰向右、向上移動(dòng)。表明隨凍融次數(shù)的增加，煤樣內(nèi)部各類孔隙數(shù)量均出現(xiàn)不同程度增多；由于低溫冷凍、凍融循環(huán)作用，對(duì)煤體產(chǎn)生了損傷破壞，微孔萌生，致使各類孔隙進(jìn)一步發(fā)育，小孔、中孔直徑增大，進(jìn)一步發(fā)育成中孔、大孔及裂隙。雖然小孔、中孔轉(zhuǎn)變?yōu)橹锌住⒋罂?，但小孔?shù)量仍保持增加的趨勢(shì)，說(shuō)明小孔形成的速率大于小孔轉(zhuǎn)變?yōu)橹锌住⒋罂椎乃俾省?/p>

2）圖2（a）中的T2圖譜變化大于圖2（b）、圖2（c）、圖2（d），第1 譜峰峰值和圖譜面積增加最大。圖2（b）、圖2（c）、圖2（d）圖譜變化微弱，說(shuō)明第4～第9 次凍融循環(huán)對(duì)煤樣的破壞損傷減弱，致裂的效果大大降低。

3）由表1 可知，前3 次凍融循環(huán)過(guò)程中，煤樣中孔隙數(shù)量、孔隙面積及孔隙體積均隨著凍融次數(shù)的增加而快速增加；在第4～第9 次的凍融過(guò)程中，各譜峰面積趨于穩(wěn)定，隨凍融次數(shù)的增加其譜峰面積增幅逐漸減小，各類孔隙的數(shù)量、孔隙面積及孔隙體積分布趨于穩(wěn)定；說(shuō)明凍融循環(huán)、冷凍致裂對(duì)煤體的損傷破壞作用是逐漸減弱、并趨于穩(wěn)定的。

不同凍融次數(shù)下煤樣T2圖譜面積如圖3。

圖3 不同凍融次數(shù)下煤樣T2 圖譜面積Fig.3 T2 spectrum area of coal samples under different freeze-thaw times

從圖3 可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，雖然煤樣的孔隙數(shù)量和孔隙面積仍在增大，但其增長(zhǎng)率不斷減小并趨于穩(wěn)定。第1～第3 次的凍融循環(huán)中曲線斜率增加，在第3 次的凍融循環(huán)中面積增加的斜率最大，反映出煤樣中孔隙結(jié)構(gòu)變化劇烈，孔隙數(shù)量、孔隙面積及孔隙體積急劇增加；第4～第9 次的凍融循環(huán)中曲線的斜率逐漸減小，其增加幅度趨于穩(wěn)定。由此可知，在第1～第3 次的凍融循環(huán)條件下，凍融損傷煤體致裂效果不斷增強(qiáng)，第4～第9 次的凍融循環(huán)條件下致裂效果逐漸微弱。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮，當(dāng)煤樣凍融循環(huán)3 次時(shí)，凍融損傷的效果最佳；當(dāng)凍融次數(shù)超過(guò)3 次時(shí)，煤體內(nèi)部的損傷趨于穩(wěn)定，從經(jīng)濟(jì)上已不再合理。

3.3 凍融循環(huán)對(duì)煤體孔隙結(jié)構(gòu)的改造機(jī)制

在該實(shí)驗(yàn)條件下，煤樣內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的改造主要有3 方面的原因：一是煤樣基質(zhì)在溫變作用下熱脹冷縮的性質(zhì)，產(chǎn)生熱應(yīng)力；二是煤樣內(nèi)部水分在溫變作用下冷脹熱縮的性質(zhì)[18]；三是煤樣內(nèi)部水分在溫變作用下的遷移情況。凍融次數(shù)、冷凍溫度與時(shí)間均是在以上3 種原因的基礎(chǔ)上增強(qiáng)改造效果。

3.3.1 煤樣基質(zhì)的熱應(yīng)力

一般物體都具有熱脹冷縮的現(xiàn)象，物體溫度降低時(shí)，分子的動(dòng)能減小，分子的平均自由程減少，所以表現(xiàn)為冷縮。在煤樣冷凍過(guò)程中，會(huì)引起表面溫度迅速降低，煤樣表面產(chǎn)生一定程度的應(yīng)變，萌生新的裂隙，煤樣表面的原始裂隙也會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展連通。假設(shè)煤樣各方向同性均勻，各方向的收縮系數(shù)相同，則各方向的應(yīng)變相同。建立xyz 軸坐標(biāo)系，由公式可以得出煤樣微元在溫度作用下產(chǎn)生的應(yīng)變值。

式中：εx′、εy′、εz′為冷沖擊作用后x、y、z 軸方向上的應(yīng)變；σx、σy、σz為x、y、z 軸方向上的收縮應(yīng)力，MPa；νH、νV為平面割理、垂直割理的泊松比；EH、EV為平面割理、垂直割理的彈性模量，GPa。

Dwivedi 測(cè)試了煤的斷裂韌度KIC為0.242 MPa·m0.5，假設(shè)煤樣內(nèi)部孔隙裂隙0.02 m。當(dāng)煤樣內(nèi)部冷沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力強(qiáng)度因子KI大于煤斷裂韌度時(shí)，即KI>KIC，裂隙擴(kuò)展。經(jīng)過(guò)計(jì)算可知無(wú)煙煤在冷凍箱中的熱應(yīng)力因子強(qiáng)度為0.31 MPa·m0.5，大于KIC，冷沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)了煤巖的抗拉強(qiáng)度，使得煤巖的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，產(chǎn)生熱應(yīng)力裂縫。

3.3.2 煤樣內(nèi)部水分的凍脹力

在-20 ℃的試驗(yàn)條件下，水會(huì)表現(xiàn)出冷脹熱縮的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)真空飽水后，煤樣內(nèi)部孔隙中充滿了大量水分。在巖體冷凍研究中[22]，水冰相變體積增大9%是凍脹的基本特征之一。在煤樣的冷凍循環(huán)中，孔隙內(nèi)部的水分結(jié)冰體積增大，致使原有的孔隙增大，孔隙連通性增強(qiáng)，且隨著冷凍時(shí)間的增加凍脹力增強(qiáng)。飽水度100%的煤樣在低溫條件下水凍結(jié)成冰時(shí)，孔隙內(nèi)部沒(méi)有任何緩沖空間，凍脹力全部作用于裂隙壁。在水冰相變的過(guò)程中，假設(shè)：①孔隙內(nèi)水分流動(dòng)符合立方定律；②冰、煤基質(zhì)各向同性彈性介質(zhì)；③冰含有未凍水膜，且冰與裂隙壁無(wú)摩擦均勻分布；④裂隙橫斷面保持橢圓不變。

凍結(jié)段凍結(jié)后冰體積Vf為：

無(wú)煙煤的孔隙度為5.02%，在溫差為40 ℃，煤線性收縮系數(shù)為3×10-6℃-1，可以得出凍脹力的大小為2.202 MPa，煤的抗拉強(qiáng)度約為0.71 MPa，比較可知凍脹力的強(qiáng)度大于煤的抗拉強(qiáng)度。

3.3.3 煤樣內(nèi)部水分的遷移作用

在凍融循環(huán)過(guò)程中，冷凍與融化在煤樣內(nèi)部有所差別。冷凍時(shí)溫度梯度的方向由內(nèi)到外，融化時(shí)情況相反。因此，在溫度場(chǎng)作用下各點(diǎn)都存在不同的溫度梯度勢(shì)，這給水分遷移提供了一部分動(dòng)力勢(shì)。

在凍結(jié)初期，溫度梯度較大，煤樣內(nèi)部溫度大，連通的孔隙水向水壓力或水密度降低的方向流動(dòng)，并遷移至凍結(jié)峰面結(jié)冰。由外向內(nèi)的水分凍脹速率加快，孔隙變大速度增加。在融化初期，煤樣外部溫度高，外部孔隙內(nèi)的冰吸熱融化，并通過(guò)煤基質(zhì)傳熱至內(nèi)部引起內(nèi)部孔隙冰的融化。此時(shí)，由于內(nèi)部冰壓大于融化產(chǎn)生的少量水壓，孔隙水便會(huì)產(chǎn)生向四周流動(dòng)的力。經(jīng)過(guò)幾次凍融后，煤樣內(nèi)部孔隙增大，煤骨架變形。較大孔隙中的水分會(huì)受到重力的影響下移，因此在往后的凍融循環(huán)中煤樣下部的孔隙改造效果更好。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）在以冷凍箱（-20 ℃）為冷源的條件下對(duì)無(wú)煙煤進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，利用NMR 技術(shù)對(duì)煤樣凍融前后的T2圖譜進(jìn)行測(cè)定；測(cè)定結(jié)果表明，隨著凍融次數(shù)的增加，煤樣T2圖譜的面積不斷增加。在第1～第3 次凍融循環(huán)過(guò)程中，圖譜的面積快速增加，第4～第9 次的凍融循環(huán)過(guò)程中，圖譜面積增加量迅速減小，增長(zhǎng)率也迅速衰減。

2）通過(guò)煤樣T2圖片面積增加量及增長(zhǎng)率，結(jié)合凍融循環(huán)煤體致裂增透技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)濟(jì)因素及技術(shù)條件綜合考慮，認(rèn)為實(shí)施3 次凍融循環(huán)后對(duì)煤體的致裂效果和增透促抽最為合理。

3）水分在煤樣內(nèi)部溫度場(chǎng)下的遷移對(duì)煤孔隙改造產(chǎn)生影響，新裂隙產(chǎn)生。當(dāng)熱應(yīng)力強(qiáng)度因子超過(guò)煤樣抗拉強(qiáng)度，孔隙增大連通性增強(qiáng)。