煤在钼作用条件下的气态烃生成与演化

关于钼作用条件下的煤中有机质生烃特征和演化过程,目前知之甚少。为此,利用黄金管高压釜装置,以原煤中添 加单质钼的方式,开展了催化生气模拟实验。研究发现,无论加钼与否,煤样气态烃和单体烃气的产率均存在一个生成高 峰,在模拟镜质组反射率大于4.0％之后的极高成熟度阶段仍存在较大的甲烷生成潜力;当模拟镜质组反射率小于3.0％时, 添加的钼对煤中有机质生气具有微弱的抑制效应,此后阶段中才体现出一定的促进作用;原煤与加钼煤样甲烷产率之间的 相互关系与气态烃总产率大致相似,加钼煤样乙烷产率在镜质组反射率大于3.0％之后高于原煤,加钼条件下丙烷-戊烷的 产率在其生成高峰之后略高于或约等于原煤。分析认为,添加的钼没有参与煤中有机质的早- 中期热降解生烃过程,但对 晚期热裂解生气作用起到了一定的促进效应,原因可能在于煤中催化反应空间在不同的成熟演化阶段存在一定的差异。     

构造煤结构演化及其应力-应变环境

基于不同变形类型和程度煤样品的X 射线衍射分析（XRD）,研究了构造煤的结构演化及其应力- 应变环境。结果显示, 弱变形构造煤芳香结构参数面网间距（d 002）随煤化程度增高呈阶跃式减小,阶跃点为最大油浸镜质组反射率等于0.69% 左 右,阶跃点后变化不大;鳞片煤Ⅱ的面网间距最小,揉皱糜棱煤与片状碎裂煤Ⅱ相当,介于弱变形构造煤与鳞片煤Ⅱ之间, 揉皱煤的面网间距稍大于揉皱糜棱煤;堆砌度随煤芳香结构演化与面网间距协调变化。认为应力- 应变作用类型和程度的 差异控制了不同变形类型和程度构造煤的形成,应力- 应变作用不仅改变煤体宏观和微观结构,也影响着煤芳香结构的演 化,且不同类型和程度应力－应变作用的影响程度存在较大差异。形成构造煤的应力- 应变环境可分为脆性碎裂变形环境、 韧性变形环境和剪切变形环境三类。弱和中等脆性碎裂变形作用对煤芳香结构影响不大;韧性和剪切变形作用分别以一定 的温压条件和定向的应力作用为主要特征,前者有利于煤中杂原子团的脱落和新芳环的形成,后者有助于煤中分子结构的 有序化,均可促进煤中芳核的生长。     

黔西晴隆矿区晚二叠世煤地球化学变异的地质成因

运用仪器中子活化分析(INAA)、电离耦合等离子体质谱(ICP—MS)、电离耦合等离子体原子发射光谱(ICP—AES)、X射线荧光光谱(XRF)、冷原子吸收光谱(CVAAS)、离子选择性电极法(ISE)、逐级化学提取试验(SCEE)等,结合带能谱仪的扫描电镜(SEMEDX)和MPV—Ⅲ显微镜下观察的煤岩学特征的分析,对贵州晴隆矿区上二叠统含煤岩系8号煤层中微量元素的含量和赋存特征及其影响因素进行了研究。发现该煤层中Cu(263.4μg／g)、Cr(154．2μg／g)、Hg(0．86／μg／g)、Mo(82．47μg／g)、Ni(63．3μg／g)、Pb(200．4／μg／g)、Se(4．25／μg／g)、U(154．8／μg／g)、Zn(214．6／μg／g)和Zr(754．3μg／g)等元素异常富集;而As和F的含量不高,其含量分别为1．58／μg／g和83．4μg／g。逐级化学提取结果显示,该煤层中Hg、Mo、Ni、Pb、Se和Zn元素主要赋存在低温热液成因的黄铁矿脉中;Cr、U和Zr主要存在于粘土矿物中,其中Cr和Zr可能与康滇古陆陆源碎屑供给有关;Cu不仅与粘土矿物有关,而且也和煤中黄铁矿有关。表明低温热液流体和陆源碎屑供给对该煤中主要微量有害元素的含量和赋存特征起了决定作用。     

煤层群内多重保护层开采的防突试验研究

基于煤与瓦斯突出的煤层群开采所遇到的瓦斯问题,针对煤层群开采的特点,通过多参数的考察,对多重上保护层开采进行了试验研究,完善了保护层开采的基本理论;对保护效果、保护范围和合理参数进行综合分析、确定,得出了煤层群开采保护层过程中多重保护的具体指标和效果,建立了多重保护层效果考察及评价方法,对淮南矿区煤层群开采消除突出危险效果显著。研究成果对于类似条件突出矿井的保护层开采具有一定的指导意义和应用价值。     

我国西部低煤级煤的液化性能

我国西部地区中新生代赋存着丰富的低煤级(R_max<0.8%)煤炭资源,且绝大部分为低灰、低硫、低磷的优质煤,这为煤的洁净利用提供了最佳的液化原料。从煤质和煤岩基本性质出发,探讨了研究区低煤级煤的液化性能。通过高压釜在溶剂和催化剂条件下的加氢液化试验可知,在氢耗量5%左右时,煤的液化转化率达90%以上,油产率达55%以上,这表明我国西部低煤级煤可作为重要的液化用煤资源。同时,通过分析影响本区煤液化性能的控制因素,发现煤的挥发分产率、碳氢原子比、活性组分含量和镜质体反射率等指标可直接影响煤的液化性能。      

常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征

煤弹性是反映煤的物质组分和结构的重要力学特征之一.在钻孔与测井的约束下,运用地震勘探获取煤层的弹性特征以反映其物性等,对于煤炭井工开采和煤层气储层评价及开发具有重要的工程意义,而其中,煤样的超声实验是实现地震反演煤层物性的基础.鉴于此,本文针对中国义马、阜康、淮南、平顶山、鹤壁和焦作6个矿区采集的6种不同变质程度的原煤样30块,在常温常压条件下分别进行了沿煤层走向、倾向及垂直层理三个方向煤样的实验室超声波测量.测试结果显示:煤样纵横波速度在走向、倾向、垂向三个方向上依次减小,存在各向异性,且P波速度的平均各向异性强于S波;品质因子与弹性模量在三个方向上也存在较大差异,且S波的品质因子大于P波的品质因子;弹性模量除泊松比外,均小于一般的沉积岩.通过本实验与分析进一步证明了:Gardener与Castagna公式不适用于中国煤田的煤岩弹性描述,并给出了精度更高的经验公式.     

正断层上盘煤与瓦斯突出特征与地应力场控制机理

断层带是煤与瓦斯突出发生的主要地质单元.大量煤与瓦斯突出案例统计显示,对于正断层,发生在上盘的突出次数和强度明显大于下盘,但造成这一现象的地质机理研究不多,特别是正断层上盘的地应力场在采动前后的变化规律及其对突出发生的控制机理尚未完全揭示.基于此,以河南焦作矿区中马村煤矿DF4正断层为地质模型,应用FLAC3D软件,模...     

CH_4/CO_2/H_2O在煤分子结构中吸附的分子模拟

煤与CH4,CO2和H2O相互作用的分子机制是深入认识流体在煤中的赋存状态、流体诱导的煤溶胀(或收缩)等现象的基础.相对于各种仪器分析技术,基于分子力学、分子动力学及量子化学的分子模拟技术是揭示物质结构与性质间关系、了解物理化学体系中物质相互作用机制的有力工具.本文应用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)方法对兖州煤模型(C222H185N3O17S5)的吸附行为进行了研究,获得了CH4,CO2与H2O的吸附量、吸附构型以及含氧官能团的影响,并利用等量吸附热及能量变化数据揭示了三种物质的不同吸附机理.(1)单组分CH4,CO2和H2O的等温吸附曲线均与Langmuir模型吻合较好,吸附量相对大小为CH4CO2H2O;高温不利于吸附;CH4/CO2/H2O三元混合组分(摩尔组分比1:1:1)吸附,仅H2O与Langmuir模型吻合.(2)CH4,CO2和H2O在298.15 K时的平均等量吸附热分别为22.54,36.90和37.82 kJ mol-1,即H2OCO2CH4;温度越高,等量吸附热越小;压力对吸附热则无明显影响.(3)CH4在孔隙中呈聚集态分布,CO2呈两两交叉的排列形式H2O分子在氢键作用下,O原子规律地指向周围H2O分子中或煤分子中的H原子;三者分子间距分别为0.421,0.553和0.290 nm,径向分布函数显示H2O分子排列最为紧凑并形成紧密分子层.(4)H2O围绕煤表面的含氧官能团形成明显分层分布,作用强度从大到小依次为羟基羧基羰基;CO2与CH4仅出现微弱的分层.(5)兖州煤模型吸附CH4,CO2及H2O分子后,体系总能量、体系价电子能和体系非成键能均降低.体系总能量降低幅度表明兖州煤模型中吸附优先顺序为H2OCO2CH4.价电子能的降低,表明地质条件下由于压力作用形成的"应变煤",在与流体作用过程中发生结构重排以形成更加稳定的构象,可能是流体与煤作用后产生溶胀的分子机制.范德华力、静电力与氢键力对非成键能降低的不同贡献揭示,煤与CH4的相互作用为典型物理吸附;与CO2的相互作用是以物理吸附为主,并存在微弱的化学吸附;与H2O的作用则是物理化学吸附并存.     

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。      

基于力能分析的平煤五矿己四采区煤与瓦斯突出危险性预测

根据实测平煤五矿己₁₅煤层瓦斯含量和压力结果,从力能角度分析了地应力、瓦斯和煤强度对煤与瓦斯突出的影响,发现己四采区己₁₅煤层受地应力作用,煤体弹性潜能远大于瓦斯膨胀能,即以构造应力为主的地应力为其突出最主要的影响因素;结合己四采区地质因素和己₁₅煤层瓦斯可解吸量,确定该采区煤与瓦斯突出危险区的下限指标为原煤瓦斯含量达到5.4 m3/t,绝对瓦斯压力为0.79 MPa,该下限指标对应的煤层底板标高为–600 m。因此预测–600 m标高以浅为无突出危险区,–600 m以深为突出危险区。