構造煤摩擦面與剪下摩擦作用機制研究

《構造煤摩擦面與剪下摩擦作用機制研究》是依託中國礦業大學，由李明擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：構造煤摩擦面與剪下摩擦作用機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李明
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

以限制煤層氣開發和礦井安全生產的構造煤及其中普遍發育的摩擦面為研究對象，通過構造煤巨觀和微觀變形特徵和結構特徵的分析，劃分出構造煤的類型和變形序列，查明構造煤變形的尺度分異效應和顯微複合變形特徵。重點探討不同類型構造煤中摩擦面的發育程度、巨觀與微觀變形特徵及形貌特徵的差異性，並進行歸類分析，揭示各種類型摩擦面的變形特徵、成因標誌及所反應的形成條件和變形性質的差異。進行不同應變速率的煤三軸壓縮實驗，分析顯微裂隙的擴展發育特徵和新生摩擦面的發育和變形特徵，輔以摩擦面顯微紅外光譜分析，驗證動力變質作用的發生；進一步結合煤定速摩擦實驗，綜合分析摩擦面形貌特徵差異的主控力學因素及剪下摩擦作用發生的應力-應變環境，建立摩擦面變形特徵與變形條件的對應關係。最後結合構造煤變形特徵、變形性質和變形條件的系統分析，完善和查明構造煤的成因機制，為構造煤的預測和煤儲層評價提供理論依據。

結題摘要

以限制煤層氣開發和礦井安全生產的構造煤及其中普遍發育的摩擦面為研究對象，在構造煤巨觀、微觀變形及其結構特徵與摩擦面特徵深入研究的基礎上，將構造煤類型系統的劃分為碎裂煤、片狀煤、碎斑煤、碎粒煤、鱗片煤、揉皺煤和糜棱煤7種類型及19種亞類，並指出了構造煤變形序列具有“多種作用結合、整體錯列增長”的演化特徵，提出了構造煤顯微複合變形構造及尺度分異效應的新觀點。首次進行了構造煤摩擦面的變形特徵、組合樣式和分類研究，將構造煤中常見摩擦面分為：P型、N型、S型、C型、W型和D型總計6大類16種亞類型。揭示了構造煤摩擦面相關發育和穿越效應，表現為隨著構造煤變形序列的演化，摩擦面類型依次由N型向S型、C型、P型、W型和D型逐步過渡發育的現象，同時也存在強變形煤體內多種類型摩擦面的發育和變形較弱構造煤類型中強烈變形摩擦面發育的穿越效應。提出了摩擦面的滑移剪裂作用、刻劃研磨作用、摩擦釉化作用和碎粒壓實作用的力學成因模式。探討了構造煤中粘土礦物的發育對煤體和摩擦面構造變形程度和變形性質的影響作用，指出粘土礦物發育區域常伴有構造變形增強、變形性質向韌性轉變的現象，主要受其力學性質和生烴能力的差異以及產狀的綜合作用所致。D型摩擦面為富烴高流壓下的高應變速率剪下摩擦作用產物，條帶狀互層發育的粘土礦物則利於揉皺韌性變形的發生和W型摩擦面的形成，而過高粘土礦物含量所引起的高煤體力學強度則常導致構造分異和C型摩擦面的發育。提出了碎裂剪下摩擦作用、劈理剪下摩擦作用、鱗片壓剪摩擦作用、彎滑揉皺剪下摩擦作用和高應變速率剪下摩擦作用5種摩擦面成因模式。進一步結合研究區構造演化與構造煤變形特徵，提出了10種構造煤發育地質模式，並闡明了其構造成因機制，明確了剪下摩擦作用在煤層變形與構造煤形成過程中的重要意義，為構造煤發育的預測和煤層氣可采性評價以及煤與瓦斯突出危險性預測方面均具有重要的科學和實際意義。