НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Е. Л. Коссович, старший научный сотрудник научно-учебной испытательной лаборатории физико-химии углей, к.ф.-м.н., e.kossovich@misis.ru
С. А. Эпштейн, зав. научно-учебной испытательной лабораторией физико-химии углей, д-р техн. наук
Н. Н. Добрякова, научный сотрудник научно-учебной испытательной лаборатории физико-химии углей, к.т.н.

ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия:
М. Г. Минин, младший научный сотрудник кафедры физических методов и приборов контроля

Представлены результаты исследований механических свойств образцов антрацита, метаантрацита и графита Омсукчанского угольного бассейна Магаданской области методом наноиндентирования. Установлено, что на микроуровне механические свойства в ряду антрацит–метаантрацит–графит претерпевают качественные и количественные изменения. Показано, что коэффициент поврежденности, характеризующий способность к разрушению исследованных объектов, незначительно уменьшается при переходе от антрацита к метаантрациту и существенно возрастает в ряду метаантрацит–графит. Установлено, что механические свойства в ряду антрацит–метаантрацит–графит определяются особенностями структуры исследованных геоматериалов. Модуль упругости и твердость исследованных геоматериалов пропорционально возрастают с ростом показателя оптической анизотропии материалов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 18–77–10052).

1. Deurbergue A., Oberlin A., Oh J. H., Rouzaud J. N. Graphitization of Korean anthracites as studied by transmission electron microscopy and X-ray diffraction // International Journal of Coal Geology. 1987. Vol. 8. № 4. P. 375–393. DOI: 10.1016/0166–5162(87)90074–7.
2. Bustin R. M., Rouzaud J. N., Ross J. V. Natural graphitization of anthracite: Experimental considerations // Carbon. 1995. Vol. 33. № 5. P. 679–691. DOI: 10.1016/0008–6223(94)00155-S.
3. Huan X., Tang Y.-G., Xu J.-J., Lan C.-Y., Wang S.-Q. Structural characterization of graphenic material prepared from anthracites of different characteristics: A comparative analysis // Fuel Processing Technology. 2019. Vol. 183. P. 8–18. DOI: 10.1016/J.FUPROC.2018.08.017.
4. Zhang S., Liu Q., Zhang H., Ma R., Li K., Wu Y., Teppen B. J. Structural order evaluation and structural evolution of coal derived natural graphite during graphitization // Carbon. 2020. Vol. 157. P. 714–723. DOI: 10.1016/J.CARBON.2019.10.104.
5. Hower J. C., Levine J. R., James J. W., Daniels E. J., Lewis S. E., Davis A., Gray R. J., Altaner S. P. Appalachian anthracites // Organic Geochemistry. 1993. Vol. 20. № 6. P. 619–642. DOI: 10.1016/0146–6380(93)90049-H.
6. Han Y., Wang J., Dong Y., Hou Q., Pan J. The role of structure defects in the deformation of anthracite and their influence on the macromolecular structure // Fuel. 2017. Vol. 206. P. 1–9. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.05.085.
7. Li K., Rimmer S. M., Liu Q. Geochemical and petrographic analysis of graphitized coals from Central Hunan, China // International Journal of Coal Geology. 2018. Vol. 195. P. 267–279. DOI: 10.1016/j.coal.2018.06.009.
8. Toprak S. Petrographic properties of major coal seams in Turkey and their formation // International Journal of Coal Geology, 2009. Vol. 78. № 4. P. 263–275. DOI: 10.1016/j. coal.2009.03.006.
9. Vyalov V. I., Kolomenskaya V. G. Petrographic composition and geochemical features of the metaanthracites and graphites of the Taimyr coal Basin // Solid Fuel Chemistry. 1996. Vol. 30. № 1. P. 1–11.
10. Skripchenko G. B. Structure and properties of anthracites of thermal metamorphism // Solid Fuel Chemistry. 2010. Vol. 44. № 5. P. 287–292. DOI: 10.3103/S0361521910050010.
11. Marques M., Suárez-Ruiz I., Flores D., Guedes A., Rodrigues S. Correlation between optical, chemical and micro-structural parameters of high-rank coals and graphite // International Journal of Coal Geology. 2009. Vol. 77. № 3–4. P. 377–382. DOI: 10.1016/j.coal.2008.06.002.
12. Bratek K., Bratek W., Gerus-Piasecka I., Jasieńko S., Wilk P. Properties and structure of different rank anthracites // Fuel. 2002. Vol. 81. № 1. P. 97–108. DOI: 10.1016/S0016–2361(01)00120-X.
13. Hower J.C., Davis A. Application of vitrinite reflectance anisotropy in the evaluation of coal metamorphism // Geological Society of America Bulletin. 1981. Vol. 92. № 6. P. 350.
14. Cao Y., Mitchell G.D., Davis A., Wang D. Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China // International Journal of Coal Geology. 2000. Vol. 43. № 1-4. P. 227–242. DOI: 10.1016/S0166–5162(99)00061–0.
15. Угольная база России. Т. 1–6 / ред. А. А. Тимофеев и др. – М. : Геоинформцентр, 2001.
16. Коссович Е. Л., Добрякова Н. Н., Эпштейн С. А., Белов Д. С. Определение механических свойств микрокомпонентов углей методом непрерывного индентирования // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. № 5. P. 84–91.
17. Коссович Е. Л., Эпштейн С. А., Шкуратник В. Л., Минин М. Г. Перспективы и проблемы использования современной техники микро- и наноиндентирования для диагностики механических свойств углей // Горный журнал. 2017. № 12. С. 25–30. DOI: 10.17580/gzh.2017.12.05.
18. Kossovich E. L., Epshtein S. A., Borodich F. M., Dobryakova N. N., Prosina V. A. Connections between micro/nano scale heterogeneity of mechanical properties of coals and their propensity to outbursts and crushing // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019. № 5. P. 156–172. DOI: 10.25018/0236–1493–2019–05–0-156–172.

19. Булычев С. И., Алехин В. П., Шоршоров М. Х., Терновский А.П., Шнырев Г. Д. и др. Определение модуля Юнга по диаграмме вдавливания индентора // Заводская лаборатория. 1975. Т. 41. № 9. С. 1137–1140.
20. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology // Journal of Materials Research. 2004. Vol. 19. № 01. P. 3–20. DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3.
21. Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // Journal of Materials Research. 1992. Vol. 7. № 06. P. 1564–1583. DOI: 10.1557/JMR.1992.1564.
22. Argatov I. I., Borodich F. M., Epshtein S. A., Kossovich E. L. Contact stiffness depthsensing indentation: Understanding of material properties of thin films attached to substrates // Mechanics of Materials. 2017. Vol. 114. P. 172–179. DOI: 10.1016/j.mechmat.2017.08.009.
23. Kossovich E. L., Borodich F. M., Epshtein S. A., Galanov B. A., Minin M. G., Prosina V. A. Mechanical, structural and scaling properties of coals: depth-sensing indentation studies // Applied Physics A. 2019. Vol. 125. № 3. P. 195. DOI: 10.1007/s00339–018–2282–1.
24. Chen Q., Guan Z., Li Z., Ji Z., Zhuo Y. Experimental investigation on impact performances of GLARE laminates // Chinese Journal of Aeronautics. 2015. Vol. 28. № 6. P. 1784–1792. DOI: 10.1016/j.cja.2015.07.002.
25. Airoldi A., Vesco M., Van Der Zwaag S., Baldi A., Sala G. Damage in GLARE laminates under indentation loads: Experimental and numerical results // ICCM International Conferences on Composite Materials, July 2009. Edinburgh, UK.
26. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. – М. : Недра, 1980. – 263 с.
27. Еремин И. В., Бабашкин Б. Г., Гагарин С. Г., Королев Ю. М. Подразделение углей по хрупкости и пластичности // Кокс и химия. 2000. № 2. P. 7–13.