王以賢 梁為民

1. 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2. 河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院

0 引言

我國(guó)煤層氣資源豐富，2 000 m以淺的資源總量為36.81×1012m3[1]，居世界第三位。但我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比卻存在著很大差距。導(dǎo)致這種差距既有非技術(shù)層面的原因[2]，也有技術(shù)創(chuàng)新不夠和煤層氣儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)、吸附/解吸、氣藏運(yùn)移等基礎(chǔ)理論研究匱乏等方面的原因，尤其是對(duì)煤樣微觀、宏觀層面在沖擊載荷作用前后的孔隙變化及瓦斯解吸[3]、擴(kuò)散、滲流關(guān)系方面的研究與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。以上也是炸藥爆破[4-5]、CO2相變致裂[6-7]等沖擊擾動(dòng)致裂方式不能達(dá)到理想抽采效果的本質(zhì)原因。

事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于沖擊載荷對(duì)脆性材料微觀孔隙破壞機(jī)制已有大量研究。王興渝等[8]利用大直徑霍普金森實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)不同層理的頁(yè)巖進(jìn)行了沖擊載荷實(shí)驗(yàn)，獲得了沖擊載荷作用下層理對(duì)頁(yè)巖微裂隙的影響特征。戴兵等[9]采用霍普金森實(shí)驗(yàn)裝置模擬了不同循環(huán)沖擊載荷，研究了循環(huán)沖擊載荷對(duì)隧道圍巖的破壞規(guī)律。陶明等[10]利用霍普金森實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)花崗巖試件進(jìn)行了不同沖擊載荷實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：花崗巖層裂斷口的微觀破碎程度和粗糙度隨沖擊載荷增加而增大。Ghamgosar等[11-12]通過(guò)沖擊載荷方式研究了巖石的微觀斷裂機(jī)制。趙洪寶等[13]利用自制沖擊載荷系統(tǒng)對(duì)原煤與型煤試件進(jìn)行沖擊載荷實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：沖擊載荷后，原煤與型煤內(nèi)部微結(jié)構(gòu)都發(fā)生了較大變化，并且影響規(guī)律隨沖擊次數(shù)、沖擊能量及沖擊次序的變化而變化。王以賢等[14]通過(guò)對(duì)比沖擊前后高階煤微觀孔隙參數(shù)的變化特征，初步探討了沖擊載荷對(duì)煤體微觀孔隙的影響規(guī)律。通過(guò)以上闡述可知，以往學(xué)者雖然大量研究了沖擊載荷對(duì)巖石等脆性材料的微觀孔裂隙的影響機(jī)制，但對(duì)于沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙的影響規(guī)律的研究卻并不深入，尚處于起步階段。

本文以山西沁水煤田成莊礦無(wú)煙煤為研究對(duì)象，利用霍普金森沖擊載荷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模擬單次沖擊載荷應(yīng)力在衰減過(guò)程中的沖擊波、應(yīng)力波，對(duì)不同層理方向（垂直、平行、45°斜交）煤樣實(shí)施單次沖擊載荷。根據(jù)沖擊前后壓汞、低溫液氮及電鏡掃描數(shù)據(jù)，分析單次沖擊載荷對(duì)無(wú)煙煤微觀孔隙的作用特點(diǎn)及規(guī)律，得出一次性沖擊載荷對(duì)無(wú)煙煤微觀孔隙的作用機(jī)理，以期進(jìn)一步豐富和完善煤儲(chǔ)層強(qiáng)化改造理論。此舉對(duì)于探討煤層氣產(chǎn)氣機(jī)理、產(chǎn)氣特征及其控制因素具有重要的理論意義，對(duì)經(jīng)濟(jì)有效地開(kāi)（抽）采煤層氣（煤礦瓦斯）具有現(xiàn)實(shí)意義及推廣價(jià)值。

1 煤樣選取與制備

1.1 煤樣選取

由于壓汞、低溫液氮及電鏡掃描實(shí)驗(yàn)所選取測(cè)試煤樣樣品少，為了最大限度地保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)意義及沖擊載荷前后對(duì)比可靠，在選取煤樣時(shí)按照以下步驟和要求進(jìn)行。

1）在煤巷采集煤樣時(shí)選擇同一煤層同一地點(diǎn)采集，盡量保證所有煤樣屬于同一完整大塊煤樣，并在原始煤塊上標(biāo)記好煤樣采集位置。

2）鉆取煤樣時(shí)盡量保證同一方向煤樣在同一煤塊上鉆取，如果同一煤塊數(shù)量不夠，就根據(jù)采集煤塊過(guò)程中標(biāo)記的編號(hào)優(yōu)先選取相鄰煤塊進(jìn)行鉆取。

3）沖擊載荷前后的壓汞、低溫液氮和電鏡掃描測(cè)試樣品都取圓柱體煤樣的中軸位置附近煤顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 煤樣制備

1）利用巖石鉆心機(jī)、切割機(jī)及雙端面打磨機(jī)，制作直徑50 mm，長(zhǎng)度50 mm的圓柱體試樣。本次霍普金森沖擊載荷實(shí)驗(yàn)之所以選擇長(zhǎng)度50 mm的試樣，原因如下：①滿(mǎn)足一維假定和應(yīng)力均勻假定[15]；②能夠準(zhǔn)確反映材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性[16]；③該尺寸試塊總質(zhì)量約150 g，能夠滿(mǎn)足沖擊載荷前后壓汞、低溫液氮及電鏡掃描等孔隙測(cè)定實(shí)驗(yàn)對(duì)質(zhì)量的要求。

2）本次取樣分別按垂直、平行和45°斜交層理方向開(kāi)展取樣。

3）按照《工程巖體實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50266—2013》及《煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法：GB/T 23561.7—2009》要求[17]，利用雙端面打磨機(jī)打磨試件，確保實(shí)驗(yàn)煤樣兩端面不平行度小于等于0.02 mm，兩端面不平整度小于等于0.05 mm。兩端面不平行度的測(cè)量方法為：將煤樣試件放在水平檢測(cè)臺(tái)上，一邊移動(dòng)一邊用百分表測(cè)定煤樣試件的表面平整度，其最大值與最小值的偏差應(yīng)小于0.02 mm，把試件上下顛倒，重復(fù)以上操作。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1）首先測(cè)定煤樣的顯微組分、工業(yè)分析及鏡質(zhì)組反射率等基本參數(shù)，如表1所示。根據(jù)《國(guó)際煤分類(lèi)：ISO 11760—2018》和《鏡質(zhì)體反射率的煤化程度分級(jí)：MT/T 1158—2011》劃分[17]，成莊礦煤樣變質(zhì)程度達(dá)到無(wú)煙煤C階段和高階煤Ⅰ階段。

表1 煤樣煤質(zhì)的基本參數(shù)表

2）利用霍普金森沖擊載荷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)煤樣實(shí)施沖擊載荷實(shí)驗(yàn)。根據(jù)沖擊載荷應(yīng)力在煤樣中的衰減規(guī)律及試沖情況[18-21]，本次實(shí)驗(yàn)將沖擊載荷氣壓設(shè)定為 0.10 MPa、0.15 MPa、0.20 MPa、0.30 MPa和 0.50 MPa。所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷速度及沖擊載荷如表2所示。

表2 不同沖擊載荷氣壓對(duì)應(yīng)的沖擊載荷速度及沖擊載荷值表

3）壓汞實(shí)驗(yàn)。壓汞實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)麥克儀器公司Autopre Ⅳ 9520型全自動(dòng)壓汞儀，工作壓力介于0.1～ 60 000.0 psi（1 psi=0.006 895 MPa），測(cè)定孔徑介于3 ～1 100 nm。

4）低溫液氮實(shí)驗(yàn)。低溫液氮實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)麥克儀器公司TriStar Ⅱ 3020型全自動(dòng)比表面積與孔隙度分析儀，測(cè)定孔徑介于0.35 ～500 nm。

5）掃描電鏡實(shí)驗(yàn)。掃描電鏡實(shí)驗(yàn)采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，型號(hào)為蔡司Merlin Compact，首先用Gatan 697 Ilion Ⅱ型號(hào)的氬離子拋光儀對(duì)煤樣進(jìn)行氬離子拋光。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及探討

3.1 孔隙結(jié)構(gòu)變化特征

3.1.1 沖擊載荷前后孔容變化特征

為了減小實(shí)驗(yàn)誤差及煤樣各向異性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，每個(gè)煤樣在中心軸附近取3組試樣做壓汞數(shù)據(jù)。由于1個(gè)沖擊載荷3個(gè)平行樣，所以同一方向同一沖擊載荷做9個(gè)壓汞數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，同一方向同一沖擊載荷統(tǒng)計(jì)了7個(gè)數(shù)據(jù)，分別用Vg1、Vg2、Vg3、Vg4、Vg5、Vg6、Vg7表示，為7個(gè)有效數(shù)據(jù)的平均值。

基于壓汞孔容數(shù)據(jù)可知，同一方向隨沖擊載荷增加總孔容整體呈增大趨勢(shì)，如表3所示。垂直層理方向孔容增幅介于30.29%～100.79%，最大增幅對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為41.43 MPa，對(duì)應(yīng)孔容為469.86×10－4cm3/g；平行層理方向孔容增幅介于37.17%～105.7%，最大增幅對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為32.59 MPa，對(duì)應(yīng)孔容為486.05×10－4cm3/g；斜交層理方向孔容增幅介于22.28%～77.31%，最大增幅對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為28.46 MPa，對(duì)應(yīng)孔容為451.18×10－4cm3/g。

表3 壓汞孔容測(cè)試結(jié)果表

從平均孔容與沖擊載荷之間的關(guān)系可知（圖1）：雖然沖擊載荷后的孔容都大于沖擊載荷前，但并非沖擊載荷越大孔容就越大，而是孔容隨沖擊載荷增加先升高再降低，即存在孔容極大值的最佳改善效果，且不同方向孔容極大值所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小不同。如垂直層理方向孔容極大值為469.86×10－4cm3/g，對(duì)應(yīng)的極值沖擊載荷為41.43 MPa。原因?yàn)椋翰煌较蛎簶訉?duì)沖擊載荷的響應(yīng)不同，斜交層理方向煤樣由于本身強(qiáng)度很低、較容易破壞，所以，很小的沖擊載荷就能增加較多的孔容；平行層理方向煤樣受到與層理平行的沖擊載荷后，沖擊載荷應(yīng)力會(huì)沿著層理面直接浸入煤樣內(nèi)部，改造煤樣更加直接，作用效果更加明顯，所以較小沖擊載荷作用下就達(dá)到了很好的改造效果；但是，垂直層理方向的煤樣本身強(qiáng)度較大，也不容易破碎，所以，只有沖擊載荷達(dá)到一定程度以后才能增加孔容。

根據(jù)成莊礦煤樣各階段孔孔容占比數(shù)據(jù)可知，不同方向沖擊載荷對(duì)無(wú)煙煤孔容改造程度不一，孔容總體呈波動(dòng)增加態(tài)勢(shì)（圖2）。垂直層理和斜交層理方向孔容主要增加中孔和大孔，平行層理方向孔容主要增加中小孔（表4）。結(jié)合孔容及孔容增加率與沖擊載荷的關(guān)系可知，每個(gè)方向都存在一個(gè)拐點(diǎn)，但不同方向拐點(diǎn)不同且所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小也不同。垂直層理方向拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為41.43 MPa；平行層理方向拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為32.59MPa；斜交層理方向拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷為28.46 MPa。原因可能為：沖擊載荷能夠促進(jìn)不同階段孔隙的相互轉(zhuǎn)化，微孔可以轉(zhuǎn)化為小孔，小孔可以轉(zhuǎn)化為中孔，中孔能夠進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為大孔，但由于煤樣的各向異性，導(dǎo)致不同方向不同孔隙的轉(zhuǎn)化效率存在差異。

表4 各階段孔孔容參數(shù)表

3.1.2 沖擊載荷前后孔隙的平均孔徑變化

瓦斯氣體在大孔徑內(nèi)滲流時(shí)的壁面效應(yīng)屬于單側(cè)壁面受力，在小孔徑內(nèi)流動(dòng)時(shí)的壁面效應(yīng)屬于雙側(cè)壁面受力[22]。也就是說(shuō)，孔徑越大，瓦斯流動(dòng)時(shí)的壁面效應(yīng)越小，與孔壁的摩阻力越小，也就越有利于瓦斯的滲流與擴(kuò)散。因此，煤樣內(nèi)部孔隙平均孔徑越大，大直徑孔隙的數(shù)量就會(huì)越多，就越有可能為瓦斯提供較好的滲流條件。不同方向沖擊載荷作用后，煤樣平均孔徑都發(fā)生了改變，平均孔徑隨沖擊載荷呈波動(dòng)變化，不同方向沖擊后都存在一個(gè)最大平均孔徑，且沖擊后最大平均孔徑所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷與最大孔容所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小完全一致。結(jié)合壓汞孔容及平均孔徑可以認(rèn)為，成莊礦垂直、平行及斜交層理方向煤樣改造孔隙參數(shù)效果最好的沖擊載荷及相應(yīng)孔徑分別為41.43 MPa、32.59 MPa、28.46 MPa及201.47 nm、148.25 nm、157.15 nm，如表5、圖3所示。

表5 平均孔徑數(shù)據(jù)表

3.1.3 沖擊前后進(jìn)退汞曲線(xiàn)變化

壓汞進(jìn)退曲線(xiàn)形態(tài)能夠反映煤體內(nèi)部孔隙的連通性[17]，其中，開(kāi)放孔進(jìn)退曲線(xiàn)具有明顯的“滯后環(huán)”，半封閉孔則由于進(jìn)退汞壓力不等而“滯后環(huán)”不明顯或不產(chǎn)生“滯后環(huán)”，墨水瓶孔會(huì)由于“瓶體”與“瓶頸”的退汞壓力不等，而產(chǎn)生突降型的滯后環(huán)[23-24]。根據(jù)成莊礦煤樣不同方向沖擊載荷作用前后的進(jìn)退汞曲線(xiàn)形態(tài)可知：①?zèng)_擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙連通性的影響很大，即使是較低沖擊載荷（垂直、平行、45°斜交層理）煤樣的進(jìn)退汞曲線(xiàn)也都較沖擊前有很大變化，“回滯環(huán)”明顯增大，這說(shuō)明沖擊載荷增強(qiáng)了煤樣孔隙的連通性，提高了瓦斯運(yùn)移能力，促進(jìn)了瓦斯的擴(kuò)散與滲流，如圖4-a、b，圖5-a、b，圖6-a、b所示；②垂直、平行、斜交層理方向都存在沖擊載荷為58.70 MPa時(shí)，所對(duì)應(yīng)的進(jìn)退汞曲線(xiàn)“回滯環(huán)”小于沖擊前的現(xiàn)象，這說(shuō)明很大的沖擊載荷作用后會(huì)產(chǎn)生較多的微小煤粉堵塞中大孔，從而導(dǎo)致煤樣孔隙連通性受阻, 如圖4-f，圖5-f，圖6-f所示；③不同方向進(jìn)退汞曲線(xiàn)“回滯環(huán)”并不隨沖擊載荷增大而持續(xù)增加，而是存在一個(gè)最大“回滯環(huán)”，且每個(gè)方向煤樣的最大“回滯環(huán)”所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小與最大孔容及最大平均孔徑所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小相同，如圖4～6所示；④不同方向最佳沖擊載荷改造效果所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小不等。

綜上所述，沖擊載荷能夠改變煤樣內(nèi)部的孔隙，改善煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)，增大煤樣的平均孔徑，提高煤樣孔隙的連通性，增強(qiáng)瓦斯的擴(kuò)散與滲流；但并不是沖擊載荷越大越有利于瓦斯的抽采，而是存在一個(gè)最佳的沖擊載荷改造效果（即孔容最大、平均孔徑最大、孔隙連通性最好），且不同方向最佳沖擊載荷改造效果所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小不等。

3.2 沖擊載荷對(duì)無(wú)煙煤微觀孔隙的作用機(jī)理探討

3.2.1 沖擊載荷特征與煤樣孔隙變化規(guī)律

根據(jù)成莊礦平行層理方向煤樣電鏡掃描圖片可知：①?zèng)_擊前煤樣孔徑多為納米級(jí)，如圖7-a所示，很少有微米級(jí)孔隙出現(xiàn)；沖擊后煤樣孔隙直徑明顯變大，隨著沖擊載荷的增加，孔隙直徑表現(xiàn)出從偶爾見(jiàn)微米級(jí)孔隙到大量出現(xiàn)微米級(jí)孔隙到全部是微米級(jí)孔隙的變化過(guò)程，如圖7-b、c所示。②沖擊實(shí)驗(yàn)后，孔形明顯變化，孔四周形貌由沖擊前的尖狀、狹縫狀變?yōu)閳A弧狀；沖擊前的孔隙類(lèi)型多為晶內(nèi)孔，沖擊后出現(xiàn)了大量溶蝕孔，表現(xiàn)出明顯外力破壞作用。③沖擊后能夠看到明顯的應(yīng)力集中（圖7-b，圖7-c）和沖擊震裂作用（圖7-e）。④隨著沖擊載荷繼續(xù)加大，會(huì)出現(xiàn)過(guò)大沖擊能量擊碎煤基質(zhì)堵塞中大孔的情況，如圖7-f所示。

根據(jù)沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果及SEM測(cè)試結(jié)果可知，沖擊載荷對(duì)無(wú)煙煤微觀孔隙的影響效果并不隨沖擊載荷增大而持續(xù)改善，而是存在一個(gè)最佳改善效果，且不同方向最佳改善效果所對(duì)應(yīng)的極值沖擊載荷大小不同。同一沖擊方向，小于該極值時(shí)沖擊改善效果持續(xù)改善，大于該極值時(shí)改善效果反而較小于該值時(shí)的沖擊效果差，即改善效果劣化。為此，可以將沖擊載荷分為極值以前的沖擊載荷和極值以后的沖擊載荷，這兩種沖擊載荷對(duì)微觀孔隙的作用機(jī)理完全不同。需要說(shuō)明的是，不同沖擊方向所對(duì)應(yīng)的極值載荷是不同的，所以，極值以前的沖擊載荷和極值以后的沖擊載荷均具有明顯的沖擊方向性。

3.2.2 沖擊載荷對(duì)煤樣微觀作用機(jī)理分析

大量文獻(xiàn)表明，煤樣中存在微晶結(jié)構(gòu)[25-29]，它雖然只是存在于微觀孔隙的狹縫和孔洞中，但卻影響著煤的大分子結(jié)構(gòu)及碳網(wǎng)層片的定向化和秩理化[30]，晶格缺陷和邊緣無(wú)序化排列也是表征煤樣微觀缺陷的一種方式[31]。因此，可以以微晶缺陷作為突破口，揭示沖擊載荷對(duì)煤樣的微觀損傷，進(jìn)而探討沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙的作用機(jī)理。

位錯(cuò)是脆性材料晶界之間發(fā)生的一種普遍現(xiàn)象[32]，低速?zèng)_擊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)塞積[33]，對(duì)于巖石材料，采用Cotterll位錯(cuò)塞積模型[34]，可以從能量角度解釋微觀裂紋成核及擴(kuò)展的機(jī)制。一方面，沖擊波同時(shí)作用于煤樣的骨架和孔隙氣液系統(tǒng)時(shí)，由于沖擊波在兩種系統(tǒng)中的傳播速度不同，就會(huì)在兩種系統(tǒng)中產(chǎn)生較大的“錯(cuò)動(dòng)”機(jī)制，從而導(dǎo)致大量新位錯(cuò)的產(chǎn)生。另一方面，低速?zèng)_擊過(guò)程中，由于外部能量的輸入會(huì)促使位錯(cuò)塞積的產(chǎn)生，也會(huì)產(chǎn)生大量新的位錯(cuò)。大量新位錯(cuò)的產(chǎn)生與集聚便會(huì)形成微裂紋萌生及巖石的微觀損傷，當(dāng)局部能量大于微裂紋擴(kuò)展的基本條件時(shí)就會(huì)生成新的微裂紋[35-36]，從而在累計(jì)裂隙尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，促進(jìn)裂隙擴(kuò)展與連通。

根據(jù)以上分析，可以得出沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙的作用機(jī)理為：極值以前的沖擊載荷由于攜帶能量較小而不能夠直接擴(kuò)展孔隙，潛入煤體內(nèi)部低能量只能促使發(fā)生位錯(cuò)的晶體之間產(chǎn)生位錯(cuò)塞積，從而使晶體之間產(chǎn)生更多的位錯(cuò)，大量位錯(cuò)的積累就會(huì)產(chǎn)生微裂紋萌生和微觀損傷，當(dāng)外界能量超過(guò)微裂紋擴(kuò)展所需的基礎(chǔ)能量時(shí)，就會(huì)形成損傷積累和能量集聚，從而在累計(jì)微裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，此時(shí)所形成的這種應(yīng)力集中才具有破壞微觀孔隙的作用，這種破壞有兩種結(jié)果：一種是擴(kuò)大孔隙直徑、增加孔容、連通多個(gè)孔隙尖端，如圖8-a所示；一種是破壞孔隙尖端，使孔隙變得圓潤(rùn)，降低孔隙的表面粗糙度，增強(qiáng)孔隙光滑度，從而提高瓦斯的解吸，增加瓦斯擴(kuò)散與運(yùn)移速度。

極值以后的沖擊載荷攜帶能量較多，在改造孔隙的同時(shí)也會(huì)深入煤基質(zhì)，對(duì)煤基質(zhì)表面進(jìn)行沖擊，當(dāng)沖擊波、應(yīng)力波作用到水、氣、固三相都存在的煤基質(zhì)表面時(shí)，就會(huì)因?yàn)?種介質(zhì)波的傳播速度不同而在煤基質(zhì)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力或剪應(yīng)力，從而拉裂甚至剪碎煤基質(zhì)，打開(kāi)部分閉孔。同時(shí)粉碎的煤基質(zhì)由于顆粒很小就會(huì)進(jìn)入開(kāi)孔堵塞原有的中大孔，從而使中大孔變?yōu)槲⑿】?，提高微小孔含量，如圖8-b所示。其次，極值以后的沖擊載荷不再具有修飾孔隙作用，而破壞孔隙的能力大大增強(qiáng)，從而破壞原有孔隙，使得原來(lái)規(guī)則的、圓潤(rùn)的孔隙變得粗糙且不規(guī)則。

總之，通過(guò)以上分析可以認(rèn)為，沖擊載荷對(duì)不同方向煤樣微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響可以以極值沖擊載荷大小為界，分為極值以前的沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響和極值以后的沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響，這兩種載荷對(duì)煤樣微觀孔隙的破壞模式是完全不同：一種是始于微晶結(jié)構(gòu)、基于位錯(cuò)塞積效應(yīng)的破壞模式；一種是始于宏觀孔隙、基于煤基質(zhì)破碎的破壞模式。

4 結(jié)論

1）沖擊載荷可以增大孔徑、增加孔容、提高孔隙的連通性，改善孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)瓦斯擴(kuò)散、滲流與運(yùn)移速度，但并不是沖擊載荷越大改善孔隙效果越好，而是存在最佳沖擊改善效果，且不同方向最佳改善效果所對(duì)應(yīng)的沖擊載荷大小不同。

2）極值以前的沖擊載荷基于位錯(cuò)塞積效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)力集中來(lái)破壞孔隙尖端、連通微小孔、增加中大孔、增強(qiáng)孔隙連通性、修飾孔隙、降低孔壁摩阻力，提高瓦斯運(yùn)移與滲流速度。極值以后的沖擊載荷攜帶富裕沖擊能量在破壞煤基質(zhì)、增加微孔、堵塞中大孔、降低孔隙連通性的同時(shí)還會(huì)增加孔隙的不規(guī)則程度，增強(qiáng)孔隙吸附力，減緩?fù)咚沟臄U(kuò)散與運(yùn)移。

3）沖擊載荷對(duì)煤樣微觀孔隙的破壞模式可以分為兩種。一種是始于微晶結(jié)構(gòu)、基于位錯(cuò)塞積效應(yīng)的破壞模式；一種是始于宏觀孔隙、基于煤基質(zhì)破碎的破壞模式。