构造煤结构演化及其对瓦斯特性的控制

发布时间：2017-08-31 18:11

  本文关键词：构造煤结构演化及其对瓦斯特性的控制

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【摘要】：构造煤是构造作用的产物,含高能瓦斯构造煤是煤与瓦斯突出的必要条件。遵循“结构决定性质”这一基本思路,本文以3对中煤阶不同变质程度的原生结构煤及其共生构造煤以及平煤八矿顺煤层断裂带9个构造煤实验煤样为研究核心,通过FT-IR、13C NMR、XRD、压汞、低温氮吸附、甲烷等温吸附和解吸实验,并结合前人相关研究成果,运用力化学理论和研究方法深入探讨了构造应力对煤结构演化的影响,初步揭示了构造煤力化学作用结构演化规律,分析了构造煤力化学成烃机理,探讨了构造煤微观结构演化对瓦斯特性的控制作用。主要取得了以下几点结论:(1)构造作用不仅控制着构造煤结构演化,同时也是其能量来源,构造煤力化学结构演化与热演化路径相似。总体表现为构造煤烷基侧链等脱落,芳香体系增加,构造应力促使构造煤结构超前演化。(2)中煤阶构造煤结构演化是芳香体系和脂肪结构相互竞争的结果,构造煤脂肪侧链脱落后生成低分子化合物或缩合成新的长链烷烃或环烷烃;与之对应,构造煤芳环缩合作用和芳构化作用相互竞争,共同作用促使构造煤芳香体系增大。(3)随变质程度增加,构造煤中不稳定含氧官能团如缔合氢键OH/NH首先脱除,稳定的含氧官能团如苯、醚中C-O和CH2-C=O等则表现为先增加后减小的趋势。构造煤含氧官能团演化与煤层所处构造位置有关,封闭系统构造煤含氧基团逐渐减少,在顺煤层断裂带构造煤缓慢氧化可能会导致其表面含氧基团增多,吸水性增强。(4)构造煤大分子结构和低分子化合物都可能成为成烃母质来源,构造活动周期性演化导致构造煤结构演化由封闭、半封闭系统转化为半封闭、开放系统,极大地促进了有机质反应朝向体积增大的方向进行,有利于烃类生成。生烃和排烃相互促进或相互抑制,构成有机地统一体。同时构造煤中的矿物质对构造煤成烃也有一定的催化作用。(5)随构造作用增强,不同破坏类型构造煤优势孔径尺寸趋于减小并逐渐均匀化,微孔始终占煤孔隙结构主导地位,各阶段孔容都有所增加,中孔和大孔增加最为显著;开放孔逐渐向细颈瓶孔过渡,孔隙连通性变差。构造煤大分子结构演化控制着纳米级孔隙结构演化并对瓦斯吸附起控制作用,大量低分子化合物的生成对孔隙结构的形态和大小具有改造作用,并改变了瓦斯吸附层位增加了瓦斯运移性能。构造煤孔隙结构为瓦斯赋存提供了空间,孔隙、裂隙为瓦斯扩散和渗流提供了通道。含瓦斯煤体微裂隙的形成与扩展是间歇式的、非连续的,煤体微裂隙的增加促使有机质化学反应平衡向体积增大的方向进行,有利于瓦斯生成。构造煤瓦斯赋存特性受其微观结构演化控制。
【关键词】：构造煤 结构演化 力化学成烃 瓦斯特性 煤与瓦斯突出
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1. 绪论12-26
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状及分析13-22
• 1.2.1 构造煤力化学作用13-15
• 1.2.2 构造煤结构演化15-18
• 1.2.3 煤成烃研究进展18-21
• 1.2.4 构造煤结构与瓦斯特性21-22
• 1.3 问题的提出22
• 1.4 研究内容和技术路线22-23
• 1.4.1 研究内容22-23
• 1.4.2 技术路线23
• 1.5 主要创新点23-26
• 2 中煤阶构造煤结构演化特征26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 样品及实验26-29
• 2.2.1 样品选择及研究区地质背景26-28
• 2.2.2 样品采集及前处理28
• 2.2.3 实验方法28-29
• 2.3 FT-IR实验结果分析29-33
• 2.3.1 FT-IR实验结果29-31
• 2.3.2 芳香结构变化31-32
• 2.3.3 脂族结构变化32-33
• 2.3.4 含氧官能团变化33
• 2.4 ~(13)C NMR实验结果分析33-36
• 2.4.1 ~(13)C NMR实验结果33-34
• 2.4.2 芳香碳结构34-35
• 2.4.3 脂肪碳结构35
• 2.4.4 ~(13)C NMR参数与构造煤结构演化35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 3 平煤八矿顺煤层断裂带构造煤结构特征38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 样品及实验38-40
• 3.2.1 样品采集及前处理38-39
• 3.2.2 实验方法39-40
• 3.3 FT-IR实验结果分析40-48
• 3.3.1 FT-IR实验结果40-45
• 3.3.2 芳香结构变化45-46
• 3.3.3 脂肪碳结构变化46-47
• 3.3.4 含氧官能团变化47-48
• 3.4 XRD实验结果分析48-51
• 3.4.1 XRD实验结果48-49
• 3.4.2 XRD参数演化49-50
• 3.4.3 煤化度P演化50-51
• 3.5 本章小结51-54
• 4 构造煤力化学作用结构演化及成烃机理分析54-70
• 4.1 引言54
• 4.2 构造应力与构造煤结构演化54-55
• 4.3 肥煤阶段是构造煤结构跃变的转折点55-57
• 4.4 中煤阶构造煤大分子结构演化57-62
• 4.4.1 中煤阶构造煤脂肪结构演化57-59
• 4.4.2 中煤阶构造煤芳香结构演化59-60
• 4.4.3 中煤阶构造煤含氧官能团演化60-62
• 4.5 构造煤力化学成烃机理探讨62-68
• 4.5.1 力化学成烃实验的启示62-63
• 4.5.2 力化学成烃的地质证据63-66
• 4.5.3 构造煤力化学成烃演化66-68
• 4.6 本章小结68-70
• 5 构造煤孔隙结构表征与瓦斯吸附/解吸实验70-82
• 5.1 引言70
• 5.2 样品及实验70-72
• 5.2.1 样品特征70-71
• 5.2.2 实验方法71-72
• 5.3 构造煤孔隙结构特征72-77
• 5.3.1 基于压汞置换法的微米级煤孔隙结构72-74
• 5.3.2 基于液氮吸附的纳米级煤孔隙结构74-75
• 5.3.3 构造煤孔隙结构演化75-77
• 5.4 构造煤瓦斯吸附/解吸77-80
• 5.4.1 构造煤孔隙结构与瓦斯吸附77-78
• 5.4.2 构造煤孔隙结构与瓦斯解吸78-80
• 5.5 本章小结80-82
• 6 构造煤结构对瓦斯特性的控制82-90
• 6.1 引言82
• 6.2 构造煤物理结构与瓦斯赋存82-84
• 6.2.1 构造煤孔隙结构为瓦斯吸附提供空间82-83
• 6.2.2 瓦斯生成促进构造煤孔隙、裂隙发展83
• 6.2.3 构造煤孔隙、裂隙为瓦斯扩散和渗流提供通道83-84
• 6.3 构造煤化学结构与瓦斯吸附84-87
• 6.3.1 构造煤大分子结构对瓦斯吸附的控制作用84-86
• 6.3.2 构造煤低分子化合物对瓦斯吸附的影响86-87
• 6.3.3 构造煤含氧基团与瓦斯吸附87
• 6.4 构造煤瓦斯赋存的微观控制机理87-88
• 6.5 构造煤结构与瓦斯突出88-89
• 6.6 本章小结89-90
• 7 结论与展望90-92
• 7.1 结论90-91
• 7.2 展望91-92
• 参考文献92-100
• 作者简介100-102
• 学位论文数据集102

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本文编号：767114