本文關(guān)鍵詞：構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化及其對(duì)瓦斯特性的控制

  更多相關(guān)文章： 構(gòu)造煤 結(jié)構(gòu)演化 力化學(xué)成烴 瓦斯特性 煤與瓦斯突出

【摘要】：構(gòu)造煤是構(gòu)造作用的產(chǎn)物,含高能瓦斯構(gòu)造煤是煤與瓦斯突出的必要條件。遵循“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一基本思路,本文以3對(duì)中煤階不同變質(zhì)程度的原生結(jié)構(gòu)煤及其共生構(gòu)造煤以及平煤八礦順煤層斷裂帶9個(gè)構(gòu)造煤實(shí)驗(yàn)煤樣為研究核心,通過(guò)FT-IR、13C NMR、XRD、壓汞、低溫氮吸附、甲烷等溫吸附和解吸實(shí)驗(yàn),并結(jié)合前人相關(guān)研究成果,運(yùn)用力化學(xué)理論和研究方法深入探討了構(gòu)造應(yīng)力對(duì)煤結(jié)構(gòu)演化的影響,初步揭示了構(gòu)造煤力化學(xué)作用結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,分析了構(gòu)造煤力化學(xué)成烴機(jī)理,探討了構(gòu)造煤微觀結(jié)構(gòu)演化對(duì)瓦斯特性的控制作用。主要取得了以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)構(gòu)造作用不僅控制著構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化,同時(shí)也是其能量來(lái)源,構(gòu)造煤力化學(xué)結(jié)構(gòu)演化與熱演化路徑相似�？傮w表現(xiàn)為構(gòu)造煤烷基側(cè)鏈等脫落,芳香體系增加,構(gòu)造應(yīng)力促使構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)超前演化。(2)中煤階構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化是芳香體系和脂肪結(jié)構(gòu)相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果,構(gòu)造煤脂肪側(cè)鏈脫落后生成低分子化合物或縮合成新的長(zhǎng)鏈烷烴或環(huán)烷烴;與之對(duì)應(yīng),構(gòu)造煤芳環(huán)縮合作用和芳構(gòu)化作用相互競(jìng)爭(zhēng),共同作用促使構(gòu)造煤芳香體系增大。(3)隨變質(zhì)程度增加,構(gòu)造煤中不穩(wěn)定含氧官能團(tuán)如締合氫鍵OH/NH首先脫除,穩(wěn)定的含氧官能團(tuán)如苯、醚中C-O和CH2-C=O等則表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì)。構(gòu)造煤含氧官能團(tuán)演化與煤層所處構(gòu)造位置有關(guān),封閉系統(tǒng)構(gòu)造煤含氧基團(tuán)逐漸減少,在順煤層斷裂帶構(gòu)造煤緩慢氧化可能會(huì)導(dǎo)致其表面含氧基團(tuán)增多,吸水性增強(qiáng)。(4)構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)和低分子化合物都可能成為成烴母質(zhì)來(lái)源,構(gòu)造活動(dòng)周期性演化導(dǎo)致構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化由封閉、半封閉系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為半封閉、開(kāi)放系統(tǒng),極大地促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)反應(yīng)朝向體積增大的方向進(jìn)行,有利于烴類(lèi)生成。生烴和排烴相互促進(jìn)或相互抑制,構(gòu)成有機(jī)地統(tǒng)一體。同時(shí)構(gòu)造煤中的礦物質(zhì)對(duì)構(gòu)造煤成烴也有一定的催化作用。(5)隨構(gòu)造作用增強(qiáng),不同破壞類(lèi)型構(gòu)造煤優(yōu)勢(shì)孔徑尺寸趨于減小并逐漸均勻化,微孔始終占煤孔隙結(jié)構(gòu)主導(dǎo)地位,各階段孔容都有所增加,中孔和大孔增加最為顯著;開(kāi)放孔逐漸向細(xì)頸瓶孔過(guò)渡,孔隙連通性變差。構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)演化控制著納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)演化并對(duì)瓦斯吸附起控制作用,大量低分子化合物的生成對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的形態(tài)和大小具有改造作用,并改變了瓦斯吸附層位增加了瓦斯運(yùn)移性能。構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)為瓦斯賦存提供了空間,孔隙、裂隙為瓦斯擴(kuò)散和滲流提供了通道。含瓦斯煤體微裂隙的形成與擴(kuò)展是間歇式的、非連續(xù)的,煤體微裂隙的增加促使有機(jī)質(zhì)化學(xué)反應(yīng)平衡向體積增大的方向進(jìn)行,有利于瓦斯生成。構(gòu)造煤瓦斯賦存特性受其微觀結(jié)構(gòu)演化控制。
【關(guān)鍵詞】：構(gòu)造煤 結(jié)構(gòu)演化 力化學(xué)成烴 瓦斯特性 煤與瓦斯突出
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1. 緒論12-26
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析13-22
• 1.2.1 構(gòu)造煤力化學(xué)作用13-15
• 1.2.2 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化15-18
• 1.2.3 煤成烴研究進(jìn)展18-21
• 1.2.4 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)與瓦斯特性21-22
• 1.3 問(wèn)題的提出22
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線22-23
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.4.2 技術(shù)路線23
• 1.5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)23-26
• 2 中煤階構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化特征26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 樣品及實(shí)驗(yàn)26-29
• 2.2.1 樣品選擇及研究區(qū)地質(zhì)背景26-28
• 2.2.2 樣品采集及前處理28
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 2.3 FT-IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析29-33
• 2.3.1 FT-IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果29-31
• 2.3.2 芳香結(jié)構(gòu)變化31-32
• 2.3.3 脂族結(jié)構(gòu)變化32-33
• 2.3.4 含氧官能團(tuán)變化33
• 2.4 ~(13)C NMR實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析33-36
• 2.4.1 ~(13)C NMR實(shí)驗(yàn)結(jié)果33-34
• 2.4.2 芳香碳結(jié)構(gòu)34-35
• 2.4.3 脂肪碳結(jié)構(gòu)35
• 2.4.4 ~(13)C NMR參數(shù)與構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-38
• 3 平煤八礦順煤層斷裂帶構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)特征38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 樣品及實(shí)驗(yàn)38-40
• 3.2.1 樣品采集及前處理38-39
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法39-40
• 3.3 FT-IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-48
• 3.3.1 FT-IR實(shí)驗(yàn)結(jié)果40-45
• 3.3.2 芳香結(jié)構(gòu)變化45-46
• 3.3.3 脂肪碳結(jié)構(gòu)變化46-47
• 3.3.4 含氧官能團(tuán)變化47-48
• 3.4 XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析48-51
• 3.4.1 XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果48-49
• 3.4.2 XRD參數(shù)演化49-50
• 3.4.3 煤化度P演化50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-54
• 4 構(gòu)造煤力化學(xué)作用結(jié)構(gòu)演化及成烴機(jī)理分析54-70
• 4.1 引言54
• 4.2 構(gòu)造應(yīng)力與構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)演化54-55
• 4.3 肥煤階段是構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)躍變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)55-57
• 4.4 中煤階構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)演化57-62
• 4.4.1 中煤階構(gòu)造煤脂肪結(jié)構(gòu)演化57-59
• 4.4.2 中煤階構(gòu)造煤芳香結(jié)構(gòu)演化59-60
• 4.4.3 中煤階構(gòu)造煤含氧官能團(tuán)演化60-62
• 4.5 構(gòu)造煤力化學(xué)成烴機(jī)理探討62-68
• 4.5.1 力化學(xué)成烴實(shí)驗(yàn)的啟示62-63
• 4.5.2 力化學(xué)成烴的地質(zhì)證據(jù)63-66
• 4.5.3 構(gòu)造煤力化學(xué)成烴演化66-68
• 4.6 本章小結(jié)68-70
• 5 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)表征與瓦斯吸附/解吸實(shí)驗(yàn)70-82
• 5.1 引言70
• 5.2 樣品及實(shí)驗(yàn)70-72
• 5.2.1 樣品特征70-71
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法71-72
• 5.3 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)特征72-77
• 5.3.1 基于壓汞置換法的微米級(jí)煤孔隙結(jié)構(gòu)72-74
• 5.3.2 基于液氮吸附的納米級(jí)煤孔隙結(jié)構(gòu)74-75
• 5.3.3 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)演化75-77
• 5.4 構(gòu)造煤瓦斯吸附/解吸77-80
• 5.4.1 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)與瓦斯吸附77-78
• 5.4.2 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)與瓦斯解吸78-80
• 5.5 本章小結(jié)80-82
• 6 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯特性的控制82-90
• 6.1 引言82
• 6.2 構(gòu)造煤物理結(jié)構(gòu)與瓦斯賦存82-84
• 6.2.1 構(gòu)造煤孔隙結(jié)構(gòu)為瓦斯吸附提供空間82-83
• 6.2.2 瓦斯生成促進(jìn)構(gòu)造煤孔隙、裂隙發(fā)展83
• 6.2.3 構(gòu)造煤孔隙、裂隙為瓦斯擴(kuò)散和滲流提供通道83-84
• 6.3 構(gòu)造煤化學(xué)結(jié)構(gòu)與瓦斯吸附84-87
• 6.3.1 構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)對(duì)瓦斯吸附的控制作用84-86
• 6.3.2 構(gòu)造煤低分子化合物對(duì)瓦斯吸附的影響86-87
• 6.3.3 構(gòu)造煤含氧基團(tuán)與瓦斯吸附87
• 6.4 構(gòu)造煤瓦斯賦存的微觀控制機(jī)理87-88
• 6.5 構(gòu)造煤結(jié)構(gòu)與瓦斯突出88-89
• 6.6 本章小結(jié)89-90
• 7 結(jié)論與展望90-92
• 7.1 結(jié)論90-91
• 7.2 展望91-92
• 參考文獻(xiàn)92-100
• 作者簡(jiǎn)介100-102
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集102

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