循环微波辐射下煤体孔裂隙结构演化特征

林柏泉，钟玉婷，曹 轩，刘 统，王一涵

(1.中国矿业大学 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏 徐州 221116；2.中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 221116)

0 引 言

瓦斯是一种优质的清洁能源，煤层瓦斯抽采不仅能够预防煤层瓦斯灾害，而且可以使抽出的瓦斯变害为利，减少温室气体排放[1]。虽然我国煤层中储存有丰富的瓦斯，但由于煤层埋藏深、地应力大、透气性差等因素，导致瓦斯抽采困难，抽采率低[2-3]。为了提高瓦斯抽采率，我国采取了许多技术手段来增加煤层透气性。现在普遍使用的是水力割缝[4]、水力压裂[5]等，这些技术手段虽然在一定程度上能够增加煤层瓦斯抽采量，但是也存在局限性，导致瓦斯抽采量难以满足煤矿生产，煤层中的瓦斯未得到合理高效的利用。因此，亟需探索其他适用性更好的增透技术，来提高煤层瓦斯抽采效率[6-7]。

近年来，国内外学者探索出一些新的技术手段，如液氮压裂[8-9]，电爆震爆破[10-12]，超临界CO2增透[13-14]，这些技术的开发虽已处在实验阶段或小型工程试验阶段，但存在一定的应用局限。也有学者提出微波注热增产的理论技术。微波的热效率高，能够促进瓦斯解吸、增透并且解除煤层水锁效应，从而实现瓦斯的高效抽采[15]。关于微波辐射对煤体结构的影响，学者们开展了一系列研究。洪溢都研究分析了不同影响因素下煤样的温升规律，发现随着微波功率的增大，无论哪种粒径的煤样，其温升速率均变快[16]；胡国忠等对微波辐射下不同含水率煤体孔渗特性及表面裂隙的演化规律进行研究，煤样含水饱和度的增加，微波辐射后煤样内孔裂隙数量、连通性等均呈现出“小幅减小-急剧减小-轻微增加”的趋势，原生裂隙扩展[17]；……