构造煤与原生结构煤的孔隙结构及吸附性差异

基于晋城和焦作煤样的吸附实验,对比分析了构造煤与原生结构煤的孔隙结构、吸附能力差异及其影响因素。结果表明,与原生结构煤相比,构造煤低温液氮吸附两阶段的拐点相对提前,中值孔径显著偏小,总孔容、微孔-中孔范围内各孔径段孔容以及相应的孔比表面积均要大几到十几倍。构造煤平均孔容具有微孔≈小孔>中孔的特点,原生结构煤却呈中孔>小孔≈微孔的规律,但两类煤体分段孔比表面积比例却不存在实质性差别。同时,构造煤吸附能力显著强于相同煤级的原生结构煤,原因在于构造煤的吸附孔孔容及相应的孔比表面积显著较高。此外,构造动力对煤孔隙结构乃至煤吸附性的改造可能涉及与煤大分子结构相关的微孔层次,有关现象和机理值得进一步深入探讨。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强,是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜,结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件,对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明:构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育,但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度,脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段:弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小,平均孔数量缓慢增长,平均孔径缓慢减小,该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育;强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响,平均孔数量迅速增长,平均孔径迅速减小,这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm,其中,弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化,而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析,建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明,大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者,构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构,进而影响煤的表面粗糙度。      

无烟煤孔隙结构特征及其吸附特性研究

选取焦作矿区无烟煤四种不同煤体结构煤作为研究煤样,通过低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构分布特征,同时对所采集的煤样分别进行高温高压平衡水分条件下CH_4气体的等温吸附实验,分析了孔隙结构、平衡水分与CH_4吸附特性之间的作用关系。研究结果表明:与原生结构煤相比,构造煤的BJH总孔容、微孔比表面积、BJH总孔比表面积随着破坏程度增大而增大。高温高压平衡水分条件下,无烟煤不同煤体结构煤表现出了吸附能力新特性,即随无烟煤破坏程度增加,朗格缪尔体积V_L呈现先增大后减小的变化趋势。不同煤体结构煤的孔隙结构由于构造应力作用而发生变化,引起平衡水分含量的不同,从而导致对CH_4的吸附能力不同。分析表明,无烟煤不同煤体结构煤表现出的吸附新特性,是特有的孔隙结构和平衡水分含量差异综合作用的结果。在不同的埋藏条件下,某一因素会占主导作用,吸附增量变化取决于主控因素控制。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙结构特征差异及影响因素

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,通过镜质体最大反射率（R_max）测试、压汞和低温液氮吸附实验等手段,探讨分析了煤储层孔隙结构发育特征及影响因素。结果表明:研究区煤储层视孔隙度偏低,且自北向南呈明显降低趋势,煤储层的孔隙发育情况以小孔、微孔为主,煤储层的BET比表面积平均为1.26 m2/g,其中北部煤储层比表面积较大,煤储层BJH总孔容平均为0.003 41 mL/g;受惰质组相对含量、压缩程度及次生孔隙影响,随着煤变质程度的增加,煤岩的孔隙度、BJH总孔体积和BET比表面积呈现“大—小—大”的变化规律,当R_max值为1.5%左右时,为最小值;煤储层随着所受应力的增强,微孔趋于闭合,其他各类孔数量均减小,整体上为小孔含量相对增加,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用,主要体现在煤岩中大孔对煤层气的贡献要优于其他孔隙。      

构造煤中煤层气扩散-渗流特征及其机理

煤层气产出一般要经过解吸、扩散和渗流三个阶段,而煤层气在变形较强的构造煤中的扩散过程不同于在原生结构煤或变形较弱的煤体中的扩散。外界压力的变化只是构造煤吸附与解吸整个过程的一种外在因素,构造煤的变形和结构变化以及吸附势场的转换才是构造煤吸附与解吸的内在因素,是导致解吸过程不可逆性的根本原因。当构造煤体与CH4等多元气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,变形较强的构造煤在降压后会产生解吸滞后现象;而变形较弱的煤,分子结构中的气体会很快解吸,第一阶段是气体解吸作用,第二阶段是游离气体从微孔向较大孔隙扩散的过程,气体扩散速率主要由第二阶段决定。构造煤气体扩散机理主要是由孔隙形状、大小、连通性和多元气体性质和状态所决定的。韧性变形煤的微孔隙比较发达,所以韧性变形煤以Knudsen扩散为主,脆性变形煤的中、大孔隙所占比例较大,而且脆性变形煤的孔隙之间具有很好的连通性,所以脆性变形煤以Fick型扩散为主,脆-韧性变形煤以及接近脆-韧性变形煤的脆性变形煤和韧性变形煤均以过渡型扩散为主。在试井渗透率比较中,一定变形程度的脆性变形煤>韧性变形煤,脆性变形煤中以过渡孔为主,其余为微孔,测不出亚微孔和极微孔,脆性变形还增加了各孔隙之间的相互连通性。韧性变形煤中过渡孔比表面积所占比例下降,微孔和亚微孔增高,扩散主要发生在微孔和过渡孔中,所以韧性变形煤的试井渗透率低于脆性变形煤的试井渗透率。     

黔西-滇东地区不同变形程度煤的孔隙结构及其构造控制效应

基于黔西—滇东地区上二叠统80件煤样的压汞实验数据,结合煤层构造变形特征的矿井观测,探讨了煤中孔隙结构及其构造控制效应。结果表明,区内煤的孔隙度较高,以微孔和过渡孔为主,中孔和大孔发育的差异性加大。根据压汞曲线形态和阶段孔容的分布模式,将煤中孔隙结构划分为五种类型,即平行型、反S型、尖棱型、双S型和双弧线型。平行型和反S型的煤体结构主要为原生结构煤和碎裂煤,经构造改造后孔隙度和孔容均大幅增高,且连通性好;尖棱型为碎裂煤和碎斑煤,孔隙度和孔容均较高,连通性较好;双S型和双弧线型为糜棱煤、碎斑煤和揉皱煤,煤体破碎严重,孔隙连通性很差。构造变形所造成的煤的孔隙度和总孔容的整体增高和阶段孔容的差异性增长是煤储层孔隙结构分异的主要因素,且随着构造变形的增强其对煤体破坏的主要变形作用尺度有逐渐减小的趋势。     

阳泉新景矿高煤级煤的孔隙结构分形特征

分形理论是宏观上定量评价储层非均质性的有效手段。以阳泉新景矿高煤级煤样品压汞数据为基础,建立分形几何模型,定量描述了孔隙结构。实验结果表明:样品孔隙以纳米孔为主,孔径、比表面积及孔容也集中分布在纳米孔段。煤样孔径65 nm以上的孔隙具有显著的分形特征,分维值分布范围为2.89~2.99,体积增量呈现阶段式的变化,孔隙结构复杂;孔径65 nm以下孔隙几乎无分形特征,比表面积增量与孔径在对数坐标中呈线性关系;基于分形特征及分子运动规律,将储层孔隙以孔径65 nm为界划分为扩散孔和渗透孔2个大类6个小类。分维值与体积孔隙中值半径、总孔隙体积呈负相关,与孔径65 nm以上的孔隙体积、比表面积呈正相关,与孔隙度无相关性。分形分维值对储层结构具有较全面的表征能力,可以作为综合指标在煤储层孔隙研究中加以应用。      

不同煤体结构煤的孔隙-裂隙分形特征及其对渗透性的影响

煤的孔隙-裂隙结构特征是研究储层渗透性的关键问题。为了定量描述孔隙-裂隙结构的复杂程度,以黄陇侏罗纪煤田永陇矿区郭家河井田原生结构煤和碎裂结构煤为研究对象,基于压汞实验数据和扫描电镜（SEM）图像,采用Menger分形模型和计盒维数方法,分别计算不同煤体结构煤的孔隙-裂隙分形维数;同时采用不同孔径段的孔隙体积比作为权重值,计算得到孔隙综合分形维数,探讨孔隙-裂隙结构分形维数和渗透率之间的关系。研究结果表明,脆性构造变形作用对孔隙整体复杂性,裂隙孔、渗流孔复杂性以及微观裂隙复杂程度均具有积极改造作用,对吸附孔结构复杂性具有均一化作用;微观裂隙分形维数与渗透率具有较高非线性关系,脆性构造作用改造下形成的碎裂煤,其具有的孔隙-裂隙结构优势配比是决定储层高渗透性的关键。因此,建议优先考虑弱脆性变形的碎裂结构煤为主体的断层、向斜和背斜区域进行煤层气抽采。      

韩城矿区构造煤纳米级孔隙结构的分形特征

构造变形可以引起煤纳米级孔隙结构的变化,变形机制的不同对孔隙结构的影响程度也不同。煤的孔隙非均质性极强,传统实验方法难以准确地描述孔隙结构的复杂性,而分形理论提供了描述这一复杂性的量化方法。基于渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的低温氮吸附实验,采用分形FHH方法,定量表征了构造变形对煤纳米级孔隙结构的影响程度。结果表明:韧性变形煤比脆性变形煤的孔隙分形维数高,孔隙结构复杂,非均质性增强,导致毛细凝聚效应增强,吸附滞后突出;构造煤分形维数随着平均孔径的降低和中孔含量的升高而增大,说明构造变形程度越大,平均孔径越小,孔隙结构越复杂。研究认为,分形维数定量反映了煤构造变形的强弱,可以指示煤中纳米级孔隙结构的变形程度。      

准噶尔含煤盆地构造演化与聚煤作用

准噶尔含煤盆地是新疆主要含煤盆地之一 ,从含煤盆地内各煤田的含煤地层特征 ,构造特征及煤层赋存特征着手 ,分析了盆地内的沉积环境 ,构造演化和聚煤作用 ,论述了两个主要聚煤期所形成的含煤建造的发生、发展过程 ,指出了两个含煤建造中聚煤中心和富煤带的位置     

西北地区煤炭资源及开发潜力

西北地区蕴藏着十分丰富的煤炭资源,占我国煤炭资源预测总量的76.46%。含煤盆地主要有鄂尔多斯、准噶尔、吐哈、塔北等。其中,鄂尔多斯煤盆地是具有稳定克拉通基底,沉积了石炭一二叠纪华北型海陆交互相含煤地层和三叠一侏罗纪内陆河流一湖泊型陆相含煤地层的双纪巨型含煤盆地;准噶尔煤盆地、吐哈煤盆地、塔北煤盆地是具有稳定陆块基底的侏罗纪内陆湖泊含煤盆地;伊犁煤盆地、尤尔都斯煤盆地、焉誉煤盆地和库米什煤盆地是具有天山华力西期摺皱带基底的山间断陷(坳陷)型含煤盆地;走廊煤盆地群是具有祁连加里东褶皱带基底的山间断陷(坳陷)型含煤盆地.阿拉善地块、柴达木地块晚古生代和中生代亦具备成煤的古地理条件,目前已在柴达木地块北缘和阿拉善地块南缘发现了小型煤盆地群。地块主体为沙漠覆盖,勘探程度低,可作为西北地区煤炭资源的后备潜力区块。 据国家煤炭工业局1998年统计,西北地区煤炭资源保有储量为4035.35X10~8t,其中生产井和在建井保有储量为752.24X10~8t。尚未利用的精查储量为187.69X10~8 t,可供进一步勘探的详查储量为510. 51 X 108 t >普查和找煤储量为2550.91X108t,煤炭资源储量丰富。我国2002年煤炭消费达到13.69XlO~8t. 2003年17.36X10~8t, 2004年达19X10~8t,而西北地区煤产量在全国所占比例甚小,根据中国煤炭工业协会对2004年1月统计,全国煤矿合计原煤产量为11170.75X10~4t,其中西北地区为1585.17X10~4t(内蒙古按全区产量的2/3计算),只占14.19%,西北地区煤炭资源开发潜力巨大。     

内蒙古潮水盆地西部侏罗系煤的岩石学、矿物学及地球化学特征

潮水盆地位于内蒙古西南部和甘肃省东部地区,是我国中新生代含煤断陷盆地.采用粉晶X衍射、ICP-MS、ICP-AES 方法,从煤的岩石学、煤化学及煤地球化学的理论出发,对潮水盆地西部煤样进行了煤化学、显微组分、矿物学及地球化学分析.其研究结果表明潮水盆地西部煤以中等水分、低一中灰分和硫质量分数、高挥发分产率为特征,煤级为烟煤—亚烟煤;煤中有机显微组分以镜质组为主,惰性组次之,煤相类型以潮湿森林沼泽相为主,其次为较浅覆水森林沼泽相;煤中的常量矿物以石英和高岭石为主,部分样品中含有黄铁矿、方解石、菱铁矿和少量的微斜长石;煤中除Sr、B和Cs质量分数相对较高外,其他微量元素质量分数普遍较低.Cr、Ga、Pb、Li、Cu、Ge、V、Sc、Be、W、Th和As,以及Ti和Nb主要与硅铝酸盐矿物有好的亲和性;B和Sr可能主要以碳酸盐矿物的形式存在;S和Mo可能主要以硫化物矿物的形式存在;另外,Ti、Zr、Nb和Ta有好的相关性,可能与重矿物有关.     

煤和含煤岩系成油理论研究和演变历史

运用系统的历史和现实类比分析方法,对世界含煤岩系煤成油田的源岩成熟度、烃源岩类型和煤成油田形成条件进行了综合研究。结果表明,煤虽能生油,但难以形成有商业意义的油田;含煤岩系中泥岩是煤成油田形成的主要贡献组分,在含煤盆地中,难以形成低熟煤成油田。      

Depletion of Appalachian coal reserves — how soon?

Much of the coal consumed in the US since the end of the last century has been produced from the Pennsylvanian strata of the Appalachian basin. Even though quantities mined in the past are less than they are today, this basin yielded from 70% to 80% of the nation's annual coal production from the end of the last century until the early 1970s. During the last 25 years, the proportion of the nation's coal that was produced annually from the Appalachian basin has declined markedly, and today it is only about 40% of the total. The amount of coal produced annually in the Appalachian basin, however, has been rising slowly over the last several decades, and has ranged generally from 400 to 500 million tons (Mt) per year.A large proportion of Appalachian historical production has come from relatively few counties in southwestern Pennsylvania, northern and southern West Virginia, eastern Kentucky, Virginia and Alabama. Many of these counties are decades past their years of peak production and several are almost depleted of economic deposits of coal. Because the current major consumer of Appalachian coal is the electric power industry, coal quality, especially sulfur content, has a great impact on its marketability. High-sulfur coal deposits in western Pennsylvania and Ohio are in low demand when compared with the lower sulfur coals of Virginia and southern West Virginia. Only five counties in the basin that have produced 500 Mt or more exhibit increasing rates of production at relatively high levels. Of these, six are in the central part of the basin and only one, Greene County, Pennsylvania, is in the northern part of the basin. Decline rate models, based on production decline rates and the decline rate of the estimated, “potential” reserve, indicate that Appalachian basin annual coal production will be 200 Mt or less by the middle of the next century.     

The Status Quo and Outlook of Chinese Coal Geology and Exploration Technologies

Coal is China＇s dominant energy resource. Coal geological exploration is the basis of sustainable development of coal industry. Since the late 1990s, the advances in Chinese coal geology and exploration techniques have been shown in the following aspects. （1） The basic research of coal geology has changed from traditional geological studies to earth system science; （2） Breakthroughs have been achieved in integrated exploration techniques for coal resources; （3） Evaluation of coal and coalbed methane resources provides important basis for macropolicy making for China＇s coal industry and construction of large coal bases; （4） Significant advances have been made in using information technology in coal geological exploration and 3S （GPS, GIS, RS） technology. For the present and a period of time in the future, major tasks of Chinese coal geological technology are as follows： （1） solving resources replacement problem in eastern China and geological problems of deep mining; （2） solving problem of integrated coal exploration of complex regions in energy bases of central China, and resources problems induced by coal exploitation; （3） making efforts to enhance the level of geological research and resources evaluation of coal-accumulation basins in western China; （4） strengthening geological research of clean coal technologies; （5） strengthening geological research of the problems in modern coal mining and safe production; （6） promoting information technology in coal resources and major geological investigations.     

力 -电 -热多参量监测深井动力灾害的试验分析

采掘活动引起工作面前方煤体应力场重新分布、煤体破裂、瓦斯运移等活动,煤体内部内能,势能等能量不断发生转换,并向外辐射电荷、电磁等能量,致使煤体应力,煤体温度发生变化。使用煤体应力、煤体电荷和煤体温度多参量监测技术,对工作面前方煤体压力、煤体电荷和煤体温度进行持续监测,可判断煤体应力变化、瓦斯运移及煤体破裂状况等,从而确定煤层动力灾害危险程度。通过现场试验研究表明：含瓦斯煤层煤体应力突变时,煤体辐射电荷量增加、煤体温度降低,应力平稳变化阶段,煤体温度、煤体电荷信号基本稳定不变。因此,可利用对煤体应力、煤体温度和煤体电荷的监测结果,判断煤层动力灾害危险性,并且煤体应力、煤体温度、煤体电荷监测技术可相互补充验证,增加动力灾害预测可靠度。力-电-热多参量预测技术可提高煤矿动力灾害预测准确性,为煤矿安全生产提供可靠保障。     

煤炭地质勘查相关规范执行过程的中常见问题分析

煤炭是我国最主要的矿产资源之一,目前煤炭矿产资源勘查、煤质评价、煤炭资源储量报告评审及煤炭矿井建设等工作依据的主要技术标准,为指导相关工作的开展做出了突出的贡献。然而,在相关规范的实际执行过程中,常会遇到诸如煤炭可采性区块的界定依据、资源储量控制程度、含煤系数的计算标准、局部可采煤层的稳定性评价、最低可采煤层厚度指标、不可采煤层的计量、高硫煤的处理方式等问题。通过分析上述问题在规范执行中的局限及矛盾,提出了相应的修订建议。     

大同矿区5#煤层煤岩煤质特征及其清洁利用方式

大同矿区位于山西省大同市的西南,主要含煤地层为侏罗系大同组和石炭二叠系山西组、太原组,是我国典型的双纪煤田。在收集大同矿区以往勘查资料的基础上,系统分析了大同矿区5#煤层的煤岩煤质特征,煤质主要为中灰、高挥发分、中硫、高热稳定性煤,整体以弱黏结煤为主,煤层的黏结性变化规律受深成变质作用影响,变质程度由低至高,煤的黏结性也随之逐渐增强。5#煤层煤岩特征以半亮-半暗煤为主,镜质组含量较高,以较干燥森林沼泽相和湖沼相为主。绘制了煤质指标的等值线图,研究其分布特征及变化规律,并参照焦化、气化、液化用煤指标体系对5#煤清洁利用方式进行划分,结果显示,5#煤洗选后大部分可作为焦化用煤,部分煤可作为直接液化用煤。     

内蒙古早白垩世五间房含煤盆地煤层煤相分析

内蒙古是我国非常重要的后备煤炭资源基地,煤层大多聚集在白垩纪断陷盆地中,其中,五间房含煤盆地煤炭资源丰富。通过对该盆地东南部3个钻孔57件煤样的煤岩学和煤化学分析,探讨了煤层的煤质特征、煤相类型及其演化规律。研究结果表明:本区煤层以低—中高灰、高挥发分产率和低—特低硫为特征;具有较高的镜/惰比和结构保存指数;煤相类型主要为潮湿森林沼泽相,自下而上,成煤泥炭沼泽覆水程度总体有所加深,上部泥炭沼泽具有水体逐渐加深的水进型特征,下部泥炭沼泽具有水体逐渐变浅的水退型特征。