基于HRTEM的构造煤大分子结构及超微孔隙特征研究

发布时间：2020-07-03 20:55

【摘要】：本文采用高分辨率透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscope)对不同变质程度和不同变形程度的构造煤大分子结构、大分子结构中的超微孔隙进行系统的观察和研究分析,得到高分辨率的煤晶格条纹图像,并采用图像分析技术对大分子结构及超微孔隙结构进行定性和定量研究,深入探讨了变质程度和变形程度对构造煤大分子结构超微晶格参数、大分子结构中超微孔隙的影响。结果表明,根据变质程度、变形程度的不同,煤的大分子结构及超微孔隙结构特征也表现出差异。(1)在低变质阶段煤高分辨率晶格条纹图像中,大部分是以单个条纹出现,呈无序状态,排列很稀疏,很少有两个及以上的相邻且平行的条纹对存在,定向性很差;在中变质煤高分辨率晶格条纹图像中,虽然大部分也以无序性的单个条纹出现,但局部出现了较多的条纹对,定向性明显增强,排列较为紧密,长度增大;高变质煤高分辨率晶格条纹图像中,条纹对分布明显增多,排列更为紧密,长度更大,条纹的定向性也更强。(2)煤阶对煤大分子结构和超微孔隙有重要的影响,在不同的变质阶段,影响程度各不相同。(1)对于大分子结构:在弱构造变形强度下,低变质阶段煤大分子结构无序性强,条纹间距较大,随着煤变质程度的加深,煤大分子通过芳构化和缩聚作用使条纹增大,定向性增强,排列更紧密,间距减小。相邻煤演化阶段,条纹间距以及条纹长度增量大小的趋势均是先增大后减小,都在中变质向高变质阶段演化时达到最大;前者在高变质阶段演化时达到最小,后者在前后两个相邻阶段长度增量大小相等;弯曲度增量大小呈现逐渐减小的趋势。(2)对于超微孔隙:在弱构造变形强度下,随着变质程度的加深,相邻芳香层组成的超微孔隙宽度减小,长度增大,同时,超微孔隙面积增大。煤大分子通过芳构化和缩聚作用使芳香层增大,定向性增强,排列更紧密,间距减小。因此,在煤演化过程中,条纹长度增大速率大于条纹间距减小速率。相邻煤演化阶段,孔隙长度以及孔隙面积增量均在中变质向高变质阶段演化时达到最大;孔隙宽度增量则在低变质向中变质演化时达到最大。(3)构造变形对煤的大分子结构和超微孔隙也有重要的影响,不同的变形阶段,影响的程度也各不相同。(1)对于大分子结构:随着构造变形的增强,条纹长度增大,间距和弯曲度减小;然而,构造变形对低变质煤大分子结构的影响要大于中变质煤。构造变形对低变质煤纳米级孔隙、甲烷吸附量和煤层气含量的影响要大于中变质煤。(2)对于超微孔隙:低变质阶段,随构造变形的进行,孔隙宽度和长度不变,面积减小,表明条纹长度增大速率小于条纹间距减小速率。中变质阶段,随构造变形增强,孔隙宽度减小、孔隙面积和长度增大,因此条纹长度增大速率大于条纹间距减小速率。而且构造变形对中变质煤大分子结构中超微孔隙宽度和长度的影响要大于低变质煤。(4)煤大分子结构中广泛存在宽度大于甲烷分子直径(0.414nm)的超微孔隙,而纳米级(100nm)孔隙是煤层气的主要吸附空间,因此,超量煤层气可能储存于这些超微孔隙中,并以物理吸附和化学吸附方式储存。准确的计算出该类超微孔隙吸附的甲烷量对煤层气含量预测和煤矿安全生产有着至关重要的作用,并提高目前的煤层气资源评价的准确性。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ531;P618.11

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本文编号：2740163