【摘要】：本文采用高分辨率透射電子顯微鏡(High Resolution Transmission Electron Microscope)對不同變質(zhì)程度和不同變形程度的構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)、大分子結(jié)構(gòu)中的超微孔隙進行系統(tǒng)的觀察和研究分析,得到高分辨率的煤晶格條紋圖像,并采用圖像分析技術(shù)對大分子結(jié)構(gòu)及超微孔隙結(jié)構(gòu)進行定性和定量研究,深入探討了變質(zhì)程度和變形程度對構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)超微晶格參數(shù)、大分子結(jié)構(gòu)中超微孔隙的影響。結(jié)果表明,根據(jù)變質(zhì)程度、變形程度的不同,煤的大分子結(jié)構(gòu)及超微孔隙結(jié)構(gòu)特征也表現(xiàn)出差異。(1)在低變質(zhì)階段煤高分辨率晶格條紋圖像中,大部分是以單個條紋出現(xiàn),呈無序狀態(tài),排列很稀疏,很少有兩個及以上的相鄰且平行的條紋對存在,定向性很差;在中變質(zhì)煤高分辨率晶格條紋圖像中,雖然大部分也以無序性的單個條紋出現(xiàn),但局部出現(xiàn)了較多的條紋對,定向性明顯增強,排列較為緊密,長度增大;高變質(zhì)煤高分辨率晶格條紋圖像中,條紋對分布明顯增多,排列更為緊密,長度更大,條紋的定向性也更強。(2)煤階對煤大分子結(jié)構(gòu)和超微孔隙有重要的影響,在不同的變質(zhì)階段,影響程度各不相同。(1)對于大分子結(jié)構(gòu):在弱構(gòu)造變形強度下,低變質(zhì)階段煤大分子結(jié)構(gòu)無序性強,條紋間距較大,隨著煤變質(zhì)程度的加深,煤大分子通過芳構(gòu)化和縮聚作用使條紋增大,定向性增強,排列更緊密,間距減小。相鄰煤演化階段,條紋間距以及條紋長度增量大小的趨勢均是先增大后減小,都在中變質(zhì)向高變質(zhì)階段演化時達到最大;前者在高變質(zhì)階段演化時達到最小,后者在前后兩個相鄰階段長度增量大小相等;彎曲度增量大小呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。(2)對于超微孔隙:在弱構(gòu)造變形強度下,隨著變質(zhì)程度的加深,相鄰芳香層組成的超微孔隙寬度減小,長度增大,同時,超微孔隙面積增大。煤大分子通過芳構(gòu)化和縮聚作用使芳香層增大,定向性增強,排列更緊密,間距減小。因此,在煤演化過程中,條紋長度增大速率大于條紋間距減小速率。相鄰煤演化階段,孔隙長度以及孔隙面積增量均在中變質(zhì)向高變質(zhì)階段演化時達到最大;孔隙寬度增量則在低變質(zhì)向中變質(zhì)演化時達到最大。(3)構(gòu)造變形對煤的大分子結(jié)構(gòu)和超微孔隙也有重要的影響,不同的變形階段,影響的程度也各不相同。(1)對于大分子結(jié)構(gòu):隨著構(gòu)造變形的增強,條紋長度增大,間距和彎曲度減小;然而,構(gòu)造變形對低變質(zhì)煤大分子結(jié)構(gòu)的影響要大于中變質(zhì)煤。構(gòu)造變形對低變質(zhì)煤納米級孔隙、甲烷吸附量和煤層氣含量的影響要大于中變質(zhì)煤。(2)對于超微孔隙:低變質(zhì)階段,隨構(gòu)造變形的進行,孔隙寬度和長度不變,面積減小,表明條紋長度增大速率小于條紋間距減小速率。中變質(zhì)階段,隨構(gòu)造變形增強,孔隙寬度減小、孔隙面積和長度增大,因此條紋長度增大速率大于條紋間距減小速率。而且構(gòu)造變形對中變質(zhì)煤大分子結(jié)構(gòu)中超微孔隙寬度和長度的影響要大于低變質(zhì)煤。(4)煤大分子結(jié)構(gòu)中廣泛存在寬度大于甲烷分子直徑(0.414nm)的超微孔隙,而納米級(100nm)孔隙是煤層氣的主要吸附空間,因此,超量煤層氣可能儲存于這些超微孔隙中,并以物理吸附和化學吸附方式儲存。準確的計算出該類超微孔隙吸附的甲烷量對煤層氣含量預(yù)測和煤礦安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用,并提高目前的煤層氣資源評價的準確性。
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ531;P618.11

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本文編號：2740163