Propiedades Micromecánicas de Carbón de Diferentes Rangos y Su Impacto en la Compresibilidad de Fractura

Las propiedades micromecánicas son factores cruciales que influyen en la fractura del carbón y en la extracción eficiente de gas. Este documento emplea técnicas de nanoindentación para investigar las propiedades micromecánicas del carbón a través de varios rangos, analizando su impacto en la compresibilidad de fractura. Los resultados indican variaciones significativas en la distribución de los parámetros micromecánicos de la lignito, exhibiendo la heterogeneidad más fuerte. La profundidad de contacto promedio y el desplazamiento por fluencia siguen el orden lignito > carbón bituminoso > antracita. En términos de dureza promedio, módulo reducido y tenacidad a la fractura, el orden es antracita > carbón bituminoso > lignito. La antracita de la mina Guhanshan (GHS) demuestra los valores más altos, superando a la lignito de la mina Simengou (SMG) en factores de 2.73, 1.82 y 1.83, respectivamente. Tanto la dureza como la tenacidad a la fractura muestran una relación lineal significativa con el módulo elástico. Los coeficientes promedio de compresibilidad de fractura para la mina Daliuta (DLT), la mina Pingdingshan (PDS), la mina Jiaozishan (JZS) y GHS son 0.144, 0.098, 0.09 y 0.08 MPa–1, respectivamente. El carbón con mayor resistencia micromecánica demuestra una resistencia mejorada a las fracturas por deformación compresiva. Esto indica que una mayor tenacidad a la fractura no solo resiste la propagación de fracturas, sino que también soporta eficazmente la deformación compresiva. Los modelos de relación cuantitativa entre el coeficiente de compresibilidad de fractura y la profundidad de contacto, dureza, módulo reducido y tenacidad a la fractura se obtienen mediante análisis de ajuste. Estos modelos facilitan el cálculo de los coeficientes de compresibilidad de fractura del carbón bajo diversas resistencias micromecánicas. Los hallazgos de la investigación ofrecen una guía teórica para optimizar la fractura de capas de carbón y mejorar los esquemas de permeabilidad.