不同类型接触变质煤大分子结构差异性研究

岩浆侵入煤层时发生接触变质作用,导致煤的显微组分、煤级、化学成分、物理化学结构、工艺性质发生改变。不同的构造−热条件下形成不同类型的接触变质产物。为从大分子结构尺度揭示不同类型接触变质煤的差异性及其控制因素,采用工业分析、元素分析、反射率测定、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等测试方法,并结合地质背景分析,开展山西大同塔山矿区天然焦系列样品和湖南鲁塘矿区煤系石墨系列样品的对比研究。结果表明:小型浅成岩体沿断裂侵入煤层后,热作用时间短,热封闭性差,属于高温低压条件,接触变质带窄,发育天然焦−热变煤序列;该系列处于碳化作用阶段,煤大分子结构以化学变化为主,芳构化作用和环聚合作用占主导地位,表现为富碳、去氢、脱氧。侧链和官能团等活性部位缺陷减少,芳香结构单元增长并导致芳层面内缺陷增加,芳香层片并未有序排列。区域性挤压构造背景下侵入的岩株、岩基等酸性、中酸性深成岩体,热量充足,热封闭性好,为高温高压条件,接触变质带宽度可超过1 km,发育石墨−半石墨−无烟煤变质序列;煤系石墨系列的化学成分成熟度高且变化小,大分子结构以物理变化为主,主要发生拼叠作用和秩理化作用。非定向的芳香层片在力的作用下拼接叠合、旋转定向,缺陷不断减少,向三维有序的晶体结构转变。

显微组分大分子结构演化差异性及其动力学机制——研究进展与展望

显微组分物理化学性质是影响煤炭清洁高效利用和煤储层物性的重要因素,已经认识到决定显微组分性质的根本原因在于其大分子结构。为了揭示显微组分大分子结构演化特征及其控制因素,从显微组分大分子化学结构与物理结构、大分子结构演化的构造应力效应、煤变质全阶段大分子结构演化特征等方面,总结了国内外研究进展,分析了存在的不足。指出由于富镜质组煤的广泛分布和重要工业用途使之成为煤结构研究的主要对象,惰质组的研究则相对缺乏,阻碍了对煤特性的全面认识。提出“煤变质作用的热-应力条件决定显微组分结构演化、惰质组与镜质组大分子结构演化具有差异性”的研究思路,采用惰质组/镜质组高温高压模拟和热模拟实验并与自然序列变质-变形煤对比,研究显微组分结构演化特征及其控制因素。定量刻画显微组分大分子结构与温压条件的关系,揭示构造应力对显微组分化学结构和纳米孔隙结构的控制,确定煤变质全过程中惰质组大分子结构的演化路径,建立惰质组大分子动力学模型。上述研究成果将充实对煤微观结构演化及其控制因素的全面认识,为煤炭清洁高效利用和煤储层物性评价提供基础依据。

我国煤系石墨研究及资源开发利用前景

煤系石墨属于特殊的非典型晶质矿物,多为隐晶质石墨,既是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系综合矿产的一种。煤系石墨与煤层为同层异矿,煤向石墨演化的实质在元素组成上表现为富碳、去氢和脱氧,在分子结构上表现为有序化增强和石墨晶体结构的逐渐形成。煤岩组分、岩浆热和地质构造等均对煤成石墨化作用具有重要的影响,在多因素综合作用下,煤系石墨成矿常表现出差异石墨化特征。从煤系石墨成矿机理入手,提出了以化学组成参数为基础指标,以结构参数为精确指标的煤系石墨鉴别指标体系;从资源评价需求出发,将不同演化程度的煤系石墨划分为Ⅰ级(石墨)、Ⅱ级(半石墨)和Ⅲ级(石墨化无烟煤)等3类。煤系石墨的形成与岩浆活动和挤压性构造环境密切相关,受区域性构造–岩浆带控制,煤系石墨分布具有方向性、递变性、集中成带的特点,成矿区带呈现出"一纵三横"的分布特点,划分为滨太平洋成矿域、南岭成矿域、秦岭–大别山成矿域和阴山–燕山成矿域和9个成矿带。分析了我国煤系石墨资源现状,指出由于我国煤炭资源丰富和赋煤区构造–热叠加作用显著,煤系石墨资源潜力巨大。煤系石墨开发利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源合理开发利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。分析了当前煤系石墨矿产资源开发利用方面存在的问题,提出了相应的政策建议。