构造煤与原生结构煤中甲烷扩散性能差异性分析

原生结构煤受构造应力破坏后形成不同类型煤体结构煤,其孔隙结构、吸附/解吸、扩散和渗透能力等将发生变化,从而影响煤层气的赋存与产出.通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层原生结构煤与构造煤样品进行甲烷等温吸附实验、低温液氮和二氧化碳吸附实验,分析了构造煤与原生结构煤的吸附?解吸性能及孔隙结构特征;应用单孔和双孔非稳态扩散模型,揭...     

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

朱仙庄矿构造煤结构及其孔隙特征

通过对淮北宿东矿区朱仙庄矿构造煤的宏观、微观特征的观察和研究,结合构造煤的形成环境,参照琚宜文的构造煤分类方案,将构造煤划分为8类:碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤、碎粉煤、片状煤、鳞片煤、糜棱煤和非均质结构煤。同时,选取不同类型构造煤进行压汞实验,分析了不同变形级别煤样的孔隙分布特征、孔径结构的演化特征以及孔隙的类型和连通性。结果表明:构造煤的许多性质与其变形强度密切相关,朱仙庄矿构造煤变形从弱到强的顺序依次为片状煤、碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤、鳞片煤、非均质结构煤、碎粉煤和糜棱煤。     

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     

应用分形理论研究煤孔隙结构

通过对淮南、淮北两个研究区内各煤矿不同煤级煤样进行的压汞法孔隙测量结果的分析，表明用分形维数可以表示煤的孔隙结构特征，而且煤孔隙体积分形维数随着变变质程度的增高而减小，渗透性随煤级的增加而减弱。     

构造变形对煤储层孔隙结构与比表面积的影响研究

煤的孔隙结构和比表面积不仅影响煤层气吸附与储集能力,而且对气体渗流和扩散有重要的控制作用。通过对芦岭煤矿8,9煤层煤样低温液氮实验,对比分析了原生结构煤和不同变形强度构造煤的孔隙结构与比表面积的变化。结果表明,构造煤的比表面积和总孔体积平均值是原生结构煤的2.95倍和3.84倍。随着煤体韧性变形强度增加,构造煤的比表面积逐渐增大,微孔占比增加,小孔和中孔占比较少,总孔体积变化以糜棱煤为界呈现先增加后减小的特点。     

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。      

中梁山矿区煤的孔隙特征及其对吸附性的影响

为了研究中梁山矿区煤的孔隙性、吸附性特征,选取8组煤样分别进行煤镜质组反射率测试、压汞实验和高压等温吸附实验分析。研究表明：（1）大孔和微孔对煤总孔容的控制明显,过渡孔和中孔影响小,微孔对煤比表面积的贡献最大;（2）煤中孔隙以开放孔为主,并具有相当数量的半封闭孔,孔隙连通性总体较好;（3）在中低煤级阶段,一般煤的孔隙度、孔容和比表面积均随变质程度的增大而减小;（4）煤的最大吸附量与总孔容、总比表面积呈正相关性。     

构造煤与原生结构煤的热解成烃特征研究

通过对平顶山、郑州和南票3大矿区石炭二叠纪含煤岩系中高煤级烟煤和无烟煤的热解成烃潜力分析,探讨了构造煤热解产烃潜力与原生结构煤的不同演化特征及其影响因素。结果表明,构造应力,尤其是剪切应力对煤大分子聚合物的侧链及官能团,具有一定的降解能力,促进了成烃的演化速率。     

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。     

构造煤与原生结构煤的显微傅立叶红外光谱特征对比研究

通过对平顶山、郑州和南票三大矿区石炭二叠纪含煤岩系中高煤级烟煤和无烟煤的显微傅立叶红外光谱分析，探讨了原生结构煤与构造煤的有机大分子结构演化特征及其影响因素。结果表明，构造应力有利于煤中氢发生化学环境转移，使脂肪烃含量相对减少、稳定的芳香烃含量相对增加，促进煤大分子结构缩合度和有序度增加。     

中阶构造煤等温吸附/解吸特征及机理

选择四个不同变形程度的中阶煤样品作为研究对象,通过开展煤样的等温CH4吸附/解吸实验、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析,研究了构造煤等温吸附/解吸性随煤变形程度的演化特征及其地球化学机理.结果表明,构造煤等温CH4吸附和解吸曲线随压力升高均呈现先快速增大后逐渐稳定的变化趋势,符合I型等温线...     

高煤阶煤孔隙结构及分形特征

高煤阶煤与中低煤阶煤在孔隙结构特征方面存在明显差异,分形理论为定量描述高煤阶煤储层孔隙特征提供了有效手段。基于扫描电镜、压汞实验和孔渗测试,以华北地区最大镜质体反射率(Ro,max)在19%~295%之间的9个煤样为研究对象,采用分段回归的方法对各样品进行不同孔径段分形维数计算,并讨论了孔隙结构分形维数与孔隙体积百分比、Ro,max、孔隙度和渗透率的关系。结果表明,高煤阶煤微小孔发育,半封闭孔含量较高,孔隙连通性一般,且孔隙结构具有明显的分段分形特征,同一煤样的超大孔(孔隙半径r＞5 μm)、大孔(05 μm＜r＜5 μm)、中孔(005 μm＜r＜05 μm)和微小孔(r＜005 μm)的分形维数依次减小;各煤样超大孔、大孔、中孔分形维数均随Ro,max增加而增加,随对应孔隙体积百分比增加而减小;孔隙度或渗透率与超大孔、大孔和中孔、微小孔分形维数分别呈二次相关、线性正相关、负相关;各分形区间分形维数分布的偏度和峰度与孔隙度或渗透率分别呈高度正相关和负相关,这为高煤阶煤孔隙度、渗透率提供了理想的线性方程(y=ax+b)预测模型。     

Geochemistry of Mercury in the Permian Tectonically Deformed Coals from Peigou Mine, Xinmi Coalfield, China

As the mercury emitted from coal combustion can lead to serious environmental issues, researchers pay more attention to the content, distribution and occurrence of mercury in coal. In this paper, the content, distribution, and occurrence of mercury in the Permian tectonically deformed coals from Peigou Mine, Xinmi coalfield, Henan Province were investigated. A total of 18 bench samples were taken from No.2-1 coals seam in Peigou Mine, including 15 coal bench samples, two roofs and one floor. The mercury concentration, mineral composition, and main inorganic element content of 18 samples were determined by DMA-80 direct mercury analyzer, XRD, and XRF respectively. The results show that the mercury content ranges from 0.047 ppm to 0.643 ppm, with an average of 0.244 ppm. Though the coal seam has turned into typical tectonically deformed coal by the strong tectonic destruction and plastic deformation, the vertical distribution of mercury has remarkable heterogeneity in coal seam section. By the analysis of correlation between mercury and the main inorganic elements and the mineral composition in coal, we infer that majority of mercury mainly relates to pyrite or kaolinite.     

Current Research Status and Prospect of Tectonically Deformed Coal

A number of studies have shown that development areas of weak deformation brittle series of tectonically deformed coal are often the favorable areas for coalbed methane development, and the distribution area of the mylonitic coal of ductile deformation is a danger zone of mine gas outburst. Therefore, faced with solving the key scientific issues and technical problems of the coal bed methane exploration and development and gas outburst prediction and evaluation, more and more attention has been paid to the research on tectonically deformed coal. This paper first systematically elaborated the main research progress on the concept and classification of tectonically deformed coals, their deformation characteristics, and the pore fissure structure and chemical structure. Then, it pointed out that there was a lack of research on the ductile deformation mechanism of coal, and this key scientific problem needs further research in the future. It seemed that the structural and geochemical process of chemical elements migration and accumulation during coal deformation was a new field which is worth exploring. Through refining stress sensitive elements, their distribution and evolution patterns in different stress-strain environments and different types of tectonically deformed coals might be revealed, and then they could become a predictive index which indicates the significance of distribution of tectonically deformed coals and gas outburst prediction. It was thought that geophysical response characteristics and research of detection theory and interpretation method of different types of tectonically deformed coal and gas enrichment area should be an important development direction in the future.     

Response of Macromolecular Structure to Deformation in Tectonically Deformed Coal

The structural evolution of tectonically deformed coals（TDC） with different deformational mechanisms and different deformational intensities are investigated in depth through X-ray diffraction（XRD） analysis on 31 samples of different metamorphic grades(R_o,max:0.7%-3.1%) collected from the Huaibei coalfield.The results indicated that there are different evolution characteristics between the ductile and brittle deformational coals with increasing of metamorphism and deformation.On the one hand,with the increase of metamorphism,the atomic plane spacing (d₀₀₂) is decreasing at step velocity,the stacking of the BSU layer（L_c） is increasing at first and then decreasing,but the extension of the BSU layer（L_a） and the ratio of L_a/L_c are decreasing initially and then increasing.On the other hand,for the brittle deformational coal,d₀₀₂ is increasing initially and then decreasing,which causes an inversion of the variation of L_c and L_a under the lower-middle or higher-middle metamorphism grade when the deformational intensity was increasing.In contrast,in the ductile deformational coals,d₀₀₂ decreased initially and then increased,and the value of L_c decreased with the increase of deformational intensity.But the value of L_a increased under the lower-middle metamorphism grade and increased at first and then decreased under the higher-middle metamorphism grade.We conclude that the degradation and polycondensation of TDC macromolecular structure can be obviously impacted during the ductile deformational process,because the increase and accumulation of unit dislocation perhaps transforms the stress into strain energy.Meanwhile,the brittle deformation can transform the stress into frictional heat energy,and promote the metamorphism and degradation as well.It can be concluded that deformation is more important than metamorphism to the differential evolution of the ductile and brittle deformational coals.     

珠藏向斜煤样孔隙结构的差异性及其对渗流能力的影响

利用压汞、低温氮吸附、扫描电镜等手段,分析了织纳煤田珠藏向斜主煤层3件煤样(青山,国安,红岩脚)的孔隙结构与渗流能力。结果表明,3件煤样均以过渡孔为主,大孔与微孔占较大比例,中孔所占比例较低,孔比表面积都集中在过渡孔和微孔上;较大孔隙为开放性孔,较小直径的孔隙主要为半开放性孔,退汞效率高,孔隙连通性较好;青山煤样和国安煤样孔径-孔容分布的连续性较好,煤层气解吸-扩散能力可能更强;红岩脚煤样大孔段孔径分布连续性极差,部分孔隙孤立发育;青山煤样大孔段孔径分布连续性相对较好,发育未被充填的微裂隙和植物细胞孔。孔隙-裂隙的这一发育特征,可能是造成青山煤空气渗透率相对高于红岩脚煤的内在原因。     

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。     

平顶山矿区原生结构煤和构造煤孔渗实验对比

为了研究构造煤孔渗变化特性, 利用平顶山矿区原生结构煤和构造煤, 进行了不同围压、温度、湿度和煤体结构类型等条件下孔隙度及渗透率的实验测定, 对煤层孔渗特性在不同条件下的变化趋势进行了分析.结果表明: 围压、温度、湿度和煤体结构类型4种因素对煤的孔隙度和渗透率均有较大影响, 当温度和围压同时作用时, 围压的作用效果大于温度的作用效果.并用Origin软件对部分实验数据进行了数据拟合, 得出原生结构煤和构造煤的渗透率-孔隙度函数关系.      

低-中煤级构造煤纳米孔分形模型适用性及分形特征

构造煤纳米孔非均质性研究对于揭示煤层气赋存状态和传输特性具有重要意义.选取低-中煤级典型序列构造煤样品,基于高压压汞和低温液氮相结合的方法计算了构造煤基质压缩系数,并分析了Menger、热力学、Sierpinski和FHH分形模型对构造煤的适用性,进一步揭示了孔隙分形特征,糜棱煤的Menger分形曲线呈现三段式分布,而对于原生煤、碎裂煤、片状煤、鳞片煤和揉皱煤而言,Sierpinski模型、Menger模型、热力学模型以及FHH模型分段点分别为100 nm、72 nm、72 596 nm和8 nm.Menger模型分形维数大于3且拟合偏差较大,不适合表征构造煤的孔隙非均质性.Sierpinski模型适合于描述构造煤的纳米孔分形特征;FHH模型适合于表征原生煤及构造煤8~100 nm的孔隙非均质性.Sierpinski模型微米孔（>100 nm）的分形维数（D_s1）随着构造变形的增强先升高,而后降低,在片状煤中达到最高;Sierpinski模型纳米孔（< 100 nm,D_s2c）和FHH模型 < 8 nm的孔隙的非均质性随构造变形的增强逐渐升高.原生煤和脆性变形煤中,D_s1 > D_s2c,表明为微米孔非均质性强于纳米孔;鳞片煤中,D_s1接近于D_s2c;揉皱煤中,D_s1 < D_s2c,表明纳米孔的非均质性强于微米孔.