煤结构演化的构造制约及其变形变质特征研究

摘要

不同变质变形煤的宏观结构、物理变形及分子结构演化特征的研究，是构造变形煤富集区煤与瓦斯突出机理和煤层气赋存与产出理论的基础。本文研究选取内蒙古神东、山西晋城、潞安、河北峰峰、河南平顶山、鹤壁、神火、郑煤和安徽淮北等典型矿区不同变质程度、不同变形程度煤样，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、激光拉曼（Raman）等分析技术，对不同变质变形程度煤的宏观、微观及超微观特征进行了详细分析，深入探讨了不同变质阶段，构造应力对煤大分子结构的影响。在此基础上，对典型矿区不同规模断层附近煤储层宏、微观物性特征进行了研究。
　　通过对不同变质变形煤的扫描电镜观察，构造应力使煤微观结构产生不同程度的脆性变形和韧性变形。不同变质变形煤的XRD分析发现，随着变质程度的增加，构造应力对煤芳核层片间距的影响在逐渐减小，对芳核堆砌高度、芳层数和芳核延展的影响表现出先增加后减小的规律。由于煤大分子结构在不同变质阶段对构造应力的敏感程度不同，所以弱构造变形煤的La/Lc的值表现出随变质程度增加而先减小后增大的―U‖型，强构造变形煤的La/Lc的值表现为“√”型。通过对不同变质变形煤的激光拉曼分析，发现随着煤变质程度的增加，D峰与G峰的峰强度比逐渐增加；G峰与D峰的峰位差逐渐增大；G峰半峰宽逐渐减小，并与煤中晶格大小呈负相关的关系；构造应力对D峰峰位变化的影响较为明显，在一定程度上加速了分子内部的石墨化进程，使分子晶格有序度增加，且构造应力的影响随变质程度的增加在逐步降低。根据断层附近煤的XRD和Raman参数分析，发现小规模的断层对煤体的影响较小，随着断层规模的变大，煤体破碎程度随着距离断层面处的增加而减小，断层对煤大分子结构的影响随着距离断层面处的增加而减小，影响范围随断层规模的增加而增大。

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1 绪论

1.1 选题依据及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容与技术路线

1.4 主要完成工作量

1.5 本文研究特色及创新点

1.6 进度安排

2 不同变质变形煤的宏观和微观结构特征

2.1 样品采集

2.2 煤样品宏观特征及变质变形分类

2.3 扫描电子电镜实验及成像原理

2.4 样品制备与实验条件

2.5 煤镜下显微结构

2.6 小结

3 不同变质变形煤的XRD特征

3.1 X射线衍射实验原理

3.2样品选择与制备

3.3 实验条件

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 不同变质变形煤的Raman光谱特征

4.1 Raman光谱实验原理

4.2 样品选择及实验

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5断层附近煤结构特征

5.1 断层的形成机制与分类

5.2 断层对地应力的影响

5.3 煤层的断裂构造及对煤矿安全的影响

5.4 区域地质构造及采样点示意图

5.5 断层附近煤岩特征

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

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