基于原子力显微镜的煤岩微尺度力学性质研究

杨江浩¹，李勇¹，吴翔²，吴鹏²，韩文龙¹，赵石虎¹

1. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院2. 中联煤层气有限责任公司

摘 要：为了研究微观尺度下煤岩力学特性以及影响因素,以保德地区烟煤样品(Ro=0.80%)为研究对象,使用原子力显微镜的力学性能量化模块,通过测量煤岩表面不同位置的杨氏模量与黏附力,利用NanoScope Analysis软件对所测得的数据进行处理分析,得到煤岩表面形貌图、杨氏模量图、黏附力图和形变量图,并进一步分析表面力学性质的影响因素。研究结果表明:整个扫描区域的杨氏模量平均值为7.62 GPa,测量结果大于传统岩石力学测试方法的试验结果,其中有机质的弹性模量约为2GPa,黏土矿物的弹性模量平均值在15 GPa左右;黏附力范围在10～40 n N,影响杨氏模量和黏附力的主要因素为粗糙度,同时孔隙的分布也影响着黏附力的大小,其所在的位置有较大的黏附力。

关键词：煤岩;原子力显微镜;杨氏模量;黏附力;