基于HRTEM的構(gòu)造煤大分子結(jié)構(gòu)及超微孔隙特征研究.pdf

1、本文采用高分辨率透射電子顯微鏡（ High Resolution Transmission Electron Microscope）對(duì)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(jìn)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(duì)大分子結(jié)構(gòu)及超微孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性和定量研究，深入探討了變質(zhì)程度和變形程度對(duì)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

2、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(gè)條紋出現(xiàn)，呈無序狀態(tài)，排列很稀疏，很少有兩個(gè)及以上的相鄰且平行的條紋對(duì)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(gè)條紋出現(xiàn)，但局部出現(xiàn)了較多的條紋對(duì)，定向性明顯增強(qiáng)，排列較為緊密，長(zhǎng)度增大；高變質(zhì)煤高分辨率晶格條紋圖像中，條紋對(duì)分布明顯增多，排列更為緊密，長(zhǎng)度更大，條紋的定向性也

3、更強(qiáng)。
　?。?）煤階對(duì)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(duì)于大分子結(jié)構(gòu)：在弱構(gòu)造變形強(qiáng)度下，低變質(zhì)階段煤大分子結(jié)構(gòu)無序性強(qiáng)，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(qiáng)，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(zhǎng)度增量大小的趨勢(shì)均是先增大后減小，都在中變質(zhì)向高變質(zhì)階段演化時(shí)達(dá)到最大；前者在高變質(zhì)階段演化時(shí)達(dá)到最小，后者在前后兩個(gè)相鄰階

4、段長(zhǎng)度增量大小相等；彎曲度增量大小呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。②對(duì)于超微孔隙：在弱構(gòu)造變形強(qiáng)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(zhǎng)度增大，同時(shí)，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(qiáng)，排列更緊密，間距減小。因此，在煤演化過程中，條紋長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)達(dá)到最大；孔隙寬度增量則在低變質(zhì)向中變質(zhì)演化時(shí)達(dá)到最大。<

5、br>　?。?）構(gòu)造變形對(duì)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(duì)于大分子結(jié)構(gòu)：隨著構(gòu)造變形的增強(qiáng)，條紋長(zhǎng)度增大，間距和彎曲度減??；然而，構(gòu)造變形對(duì)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(duì)低變質(zhì)煤納米級(jí)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(duì)于超微孔隙：低變質(zhì)階段，隨構(gòu)造變形的進(jìn)行，孔隙寬度和長(zhǎng)度不變，面積減小，表明條紋長(zhǎng)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

6、變形增強(qiáng)，孔隙寬度減小、孔隙面積和長(zhǎng)度增大，因此條紋長(zhǎng)度增大速率大于條紋間距減小速率。而且構(gòu)造變形對(duì)中變質(zhì)煤大分子結(jié)構(gòu)中超微孔隙寬度和長(zhǎng)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(jí)（＜100nm）孔隙是煤層氣的主要吸附空間，因此，超量煤層氣可能儲(chǔ)存于這些超微孔隙中，并以物理吸附和化學(xué)吸附方式儲(chǔ)存。準(zhǔn)確的計(jì)算出該類超微孔隙吸附的甲烷量對(duì)煤層氣含量預(yù)測(cè)和煤礦安全生