「論文推薦」唐旭:煤巖的納微力學特性研究:以Pocahontas煤巖為例...

2020-12-24 全國能源信息平臺

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儘管利用原子力顯微鏡峰值力輕敲模式表徵多孔介質納微力學特性已經廣泛應用於其他領域，在煤巖研究領域，原子力顯微鏡僅限於應用在表徵煤巖的納微形貌及電學特性研究，目前少有其應用在煤巖納微尺度力學特性表徵的報導。鑑於此,筆者將原子力顯微鏡峰值力輕敲模式表徵技術應用於煤的納微尺度力學特性研究,利用其高解析度成像的獨特優勢和多種定量分析功能，對美國阿帕拉契亞山地區Ｐｏｃａｈｏｎｔａｓ煤進行觀察，定量分析其納微尺度形貌以及相關的力學特性,試圖為探索煤巖納微力學特性提供一種新的研究方法和視角。

作者

唐旭

單位

克蘭菲爾德大學 水、能源與環境學院，貝德福德郡 英國 MK43 0AL

摘要

煤巖的力學特性是煤炭開採設計及安全開發過程中要考慮的重要因素。儘管目前對煤巖的宏觀力學性質已經有深入的研究，但是對煤巖納微尺度力學性能測試及相應的力學參數測試卻少有涉及。筆者採用原子力顯微鏡峰值力輕敲模式（AFM PeakForce Tapping mode）對美國阿帕拉契亞山脈地區Pocahontas煤巖進行試驗，定量分析其納微尺度形貌，納微尺度的力學參數及相應的納微尺度力學特性。

研究表明：原子力顯微鏡峰值力輕敲模式可以定量測定納微尺度煤巖的形貌、折減彈性模量（DMT）、黏附力、變形量和耗散能，並將測試結果以二維和三維的形式進行展示。該測試煤巖的DMT模量為10~14 GPa， 黏附力約20 nN，最大變形量約12 nm，耗散能約3 keV。該結果表明：原子力顯微鏡峰值力輕敲模式可以用來測定煤巖納微尺度力學參數，為研究煤巖的納微力學特性及相應的煤巖力學數值模擬試驗奠定基礎。該試驗方法不僅對研究納微尺度煤巖破裂機理和解釋煤巖瓦斯耦合作用（吸附等）而產生的力學現象有一定的指導作用，同時也為探索煤巖納微力學特性提供一種新的研究方法和視角。

主要附圖

引用格式

唐旭. 煤巖的納微力學特性研究：以Pocahontas煤巖為例[J]. 煤炭科學技術, 2020, 48(2): 220-229.

TANG Xu. Nanomechanics of coal：a case study of Pocahontas coal[J]. Coal Science and Technology, 2020, 48(2): 220-229.

編輯整理：朱恩光

審 核：楊正凱

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