不同变质变形煤微晶结构的XRD试验研究

煤的变质、变形作用不仅对煤的宏观特征具有重要影响,而且也影响着煤的微晶结构,煤微晶结构是影响煤储层物性的内在因素之一。为深入研究不同变质变形煤的微晶结构演化特征,本文采用X射线衍射(XRD)试验方法,综合前人的试验结果,对全煤级不同变质变形煤的微晶结构参数进行研究。结果表明:随着煤级的升高,面网间距d002逐渐减小、堆砌度Lc以及芳香层数Nc逐渐增大,呈现一定的阶段性,其数值最终趋于稳定;延展度La与最大反射率Ro,max呈线性关系,随着煤级的升高而逐渐增大。在变质作用的基础上,构造变形作用拉长了煤微晶参数的变化区间,使微晶结构得以提前演化;构造变形作用对堆砌度Lc、延展度La以及芳香层数Nc的增大有积极的影响;弱构造变形作用对d002最终稳定值影响较小,强构造变形煤d002的最终稳定值较原生煤的小;原生结构煤、弱构造变形煤以及强构造变形煤微晶参数随煤级变化时具有不同的特征,构造变形煤的微晶参数较原生结构煤变化空间更大。

沁水盆地南部高煤级变形煤结构组成特征及其对吸附/解吸的影响

通过显微组分测定、镜质组反射率测试、元素分析和工业分析、液氮吸附、透射电镜观察和等温吸附/解吸实验等,对沁水盆地南部高煤级变形煤的结构组成和吸附/解吸特征进行系统研究.结果表明,1)高煤级煤随变形程度不同,其宏观、微观孔裂隙特征不同;2)高煤级变形煤的化学结构组成差异明显;3)高煤级变形煤吸附/解吸与煤岩物化结构组成的关系密切.

高温高压实验变形煤XRD结构演化

在煤高温高压实验的基础上，对实验变形煤及其原始样品进行了Ｘ射线衍射研究，探讨了煤变形的微观机理及其影响因素．阐明了定向压力是促使煤基本结构单元增大的重要因素，说明了高应变环境、强应变和低应变速率有利于单元堆砌度（Ｌｃ）和延展度（Ｌａ）的增长及面网间距（ｄ００２）的减小，原始煤级对变形煤的ＸＲＤ结构演化也具有重要影响．

实验变形煤结构的^(13)CNMR特征及其构造地质意义

通过４件煤的高温高压实验样品及２件原始样品的１３Ｃ固体核磁共振研究，揭示了变形煤结构演化的微观机理及其与镜质组反射率光性变异的内在联系，阐明了不同应变环境中应力作用的差别在一定程度上控制了碳结构的演化，而镜质组反射率的差别正是煤结构差异的外在反映．因此，煤镜质组反射率光性组构真实地记录了煤变形历史中应力作用及应变环境特征，是煤田构造研究中极为重要的应变标志之一．

变形煤镜质组反射率演化的地化机理及其地质意义

通过Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、电子顺磁共振（ＥＰＲ）和核磁共振（ＮＭＲ）等方法深入探讨了高温高压实验和构造煤样的化学结构演化特征，阐明了变形煤镜质组反射率的变化是其微观化学结构演化的外在反映。变形煤镜质组反射率的演化又受到应力和变形环境等因素的深刻影响，其真实地记录了构造变形历史中应力作用和应变环境等特征。

变形煤及其吸附-解吸特征研究现状与展望

从变形煤特征、成因、多相介质条件下的吸附-解吸、多元气体的吸附-解吸以及瓦斯吸附-解吸影响因素等方面综述了国内外瓦斯变形煤吸附-解吸研究进展,分析了当前我国变形煤吸附-解吸研究中存在的关键问题和难点,最后对变形煤吸附-解吸的发展趋势和需要解决的问题作了进一步探讨.

变形煤的EPR结构演化及其构造地质意义

构造煤和高温高压实验变形煤的 Ｅ Ｐ Ｒ 实验结果，充分显示了变形煤的 Ｅ Ｐ Ｒ 参数具有随 Ｒｏ ，ｍａｘ 的增大而呈现规律性演化的特征，在 Ｒｏ ，ｍａｘ ＞ ４ ％ 以后煤结构演化机理向拼叠作用的转化在实验变形煤和构造煤中也有很好的体现。但是，变形煤 Ｒｏ ，ｍａｘ的增大除与温度和围压条件有关外，还深刻地受到定向压力或构造应力的影响，尤其是对镜质组反射率各向异性的增强、煤大分子结构有序畴及定向性的增大更具有极为重要的控制作用。因此，镜质组反射率同样也是变形煤微观结构演化的外在反映，并且揭示了应变环境和应力作用的特征，是煤田构造应力和应变分析的良好标志物之一。

河南省中-高煤阶构造变形煤甲烷吸附/解吸特征研究

煤体变质程度和变形结构不同,其对甲烷的吸附/解吸能力及特征也不同,通过对河南典型矿区5种中高煤阶构造变形煤的等温吸附/解吸试验研究,结果表明:中-高煤阶弱脆性构造变形煤的甲烷吸附能力随着煤变质程度的增加而增大;甲烷吸附量增量随着压力升高逐渐减小趋近于0,且甲烷吸附量增量随变质程度的增加而增大。单位压力段内甲烷解吸量随压力降低呈幂函数增大趋势,且变质程度越高,单位压力段内甲烷解吸量越大。不同类型构造变形煤单位压力段解吸量随压力降低呈单调递增的对数函数,且甲烷解吸量随着构造变形程度的增强而增大。

实验变形煤结构演化的电子顺磁共振研究

通过１４件高温高压实验样品及其原样的电子顺磁共振研究，论述了温度、压力、应力、应变速率和应变强度等是影响变形煤化学结构演化的重要因素，但在不同的煤级中和不同的实验条件下，各因素所起的作用是不同的。变形煤ＥＰＲ参数的演化与镜质组反射率的变化密切相关，并且具有较好的规律性。说明镜质组反射率是煤化学结构演化的外在反映，是煤田构造研究中极为重要的标志物之一。

不同变质变形煤热解气相产物H_2的逸出特征

通过对三种不同变质程度（Ro,max=0.38%-1.06%）原生结构煤和三种不同变形类型（弱脆性变形、强脆性变形和强韧性变形）构造变形煤的热解实验,探讨了不同变质、变形煤热解过程中H2的逸出特征.结果表明,三种不同变质程度原生结构煤（SGT01,JZT01和WY01）热解过程中H2的逸出量随温度增加（600℃-800℃）具有一定的差异,但三者热解H2累积生成量变化不大.在相同的温度下,三种不同类型构造变形煤（XTM09,XTM07和XTM10）热解中H2的逸出量差异明显,变形程度较强的强韧性变形煤（XTM10）和强脆性变形煤（XTM07）热解H2产出速率和累积生成量均明显小于变形程度较弱的弱脆性变形煤（XTM09）;强韧性变形煤（XTM10）热解H2产出速率和累积生成量又明显低于强脆性变形煤（XTM07）.

平顶山十二矿变形煤瓦斯吸附-解吸特征研究

选用平顶山十二矿4种不同结构的煤样进行吸附-解吸实验,研究在不同温度和压力条件下变形煤的吸附-解吸特征.结果表明,在相同温度下,煤对瓦斯的吸附能力与煤体的破坏程度有关,破坏程度越小,吸附瓦斯的能力越强,破坏越严重,吸附瓦斯的能力越差.同一煤样在相同条件下水分对煤层瓦斯的影响要大于温度,温度低时吸附-解吸等温线趋于重合,吸附-解吸可逆,温度高时吸附-解吸等温线重合性要差,吸附-解吸不可逆,并且随着压力的增加,吸附量增大.

水力冲孔对松软煤层回采巷道煤帮变形影响性研究

采用水力冲孔技术在治理煤层瓦斯的同时,对回采巷道松软煤层的稳定性存在影响,分析了云盖山二矿23304工作面运输顺槽受水力冲孔抽采瓦斯过程中对煤帮变形的影响因素,采用FLAC数值模拟方法研究了冲孔造成孔洞和煤体受水湿润对煤巷围岩变形的影响规律。结果表明,水力冲孔形成的孔洞对煤巷周围有一定卸压作用,但同时会降低煤体强度,再加上煤体受浸水湿润,煤帮容易形成较大变形。巷帮煤体位移与冲煤量符合非线性正函数关系,与钻孔布置间距符合非线性负函数关系,对于煤层实施水力冲孔抽采瓦斯后煤巷变形及围岩控制有一定的参考价值。

高温高压平衡水分条件下变形煤的吸附-解吸特性

选用平顶山矿区十二矿己组煤层的不同类型变形煤作为研究煤样,模拟深部煤层瓦斯赋存条件,开展高温高压平衡水分条件下的吸附-解吸实验。研究结果表明,50℃条件下,煤的平衡水分含量随煤的破坏程度的增加有增大的趋势;高温高压平衡水分条件下,变形煤表现出吸附-解吸新特性,即随煤的破坏程度增加,朗格缪尔体积VL(无灰基)具有先减小,后增大,再减小的趋势,呈波浪状。分析表明,变形煤表现出的吸附-解吸新特性,是变形煤特有的孔隙结构和水分含量的差异综合作用的结果。变形煤吸附-解吸不可逆,解吸滞后;随着煤的破坏程度增加,煤的吸附-解吸不可逆程度加大。因此,在开展实验研究煤、特别是变形煤的解吸特性时,不能用吸附实验数据简单代替。

不同含水率条件下含瓦斯煤改进邓肯-张模型

为建立能够合理反映含瓦斯煤在不同含水率和围压工况下的力学特性模型,首先基于已有的含瓦斯煤常规三轴试验,分析其在不同围压和含水率条件下应力-应变特性;其次结合邓肯-张模型与Janbu公式得到相关的邓肯-张模型参数;然后建立初始弹性模量、破坏应力与各影响因素的拟合公式,构建能表征不同应力水平下含瓦斯煤变形规律的改进邓肯-张模型;最后对修正后的模型进行验证,对模型精度进行评价。结果表明:含水率的增加是引起含瓦斯煤模型参数动态变化的重要原因;提出的改进模型预测曲线与实际的试验曲线具有良好的吻合度,该修正模型可以准确反应不同围压和含水率下含瓦斯煤的应力应变特性。

中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构及其对甲烷吸附能力的影响

通过镜质组反射率测试、显微组分测定、液氮吸附和等温吸附实验等,对河南中北部典型矿区6种中-高煤阶构造变形煤纳米级孔隙结构和吸附特征进行了研究。结果表明：中-高煤阶构造变形煤纳米级孔体积主要以过渡孔（10-100 nm）为主,而比表面积由微孔（1.5-10 nm）控制。纳米级孔体积、比表面积和过渡孔孔容从脆性变形碎裂煤、碎粒煤到韧性变形糜棱煤逐渐增大;中-高煤阶构造变形煤Langmuir体积与纳米级孔体积和比表面积之间呈线性正相关;过渡孔和微孔的分布关系对煤层气解吸特征产生重要影响,且过渡孔体积越大,甲烷解吸越容易。

湖南新化地区煤变形变质与构造环境特征

采用煤质化验、XRD、SEM等测试手段,分析煤的化学组分、结构特征、显微构造等特征,结合古应力估算值、古温度和应变速率等结果,探讨了湖南新化地区煤变形变质特征与构造环境的关系。结果表明:煤样的d_(002)值为3.36~3.39 nm,受天龙山构造挤压的局部应力场及叠加岩浆构造热的作用,煤逐渐转变为隐晶质石墨,结晶颗粒是由细小的鳞片组成的集合体,粒径集中在50~250 nm;石墨3R型含量随着煤化程度升高,石墨晶体开始增加,Rh相的数量减少;构造变形环境属于低温低围压高应变速率的浅层脆性–韧脆性构造域;天龙山岩体提供了构造热源,侧向挤压应力使寒婆坳向斜煤大分子结构有序化,层面间距减小,形成隐晶质石墨。

瓦斯抽采降压过程中温度对煤变形及渗透率的影响

以重庆松藻煤矿K2煤层为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,进行了不同温度条件下含瓦斯煤在气体压力降低过程中的渗流试验,分析了抽采降压过程中温度对含瓦斯煤变形及渗透率的影响。结果表明:在气体压力降低过程中,轴向应变随温度升高先略有减小后逐渐增大,径向应变随温度升高逐渐往负值方向发展;各温度条件下,含瓦斯煤渗透率随气体压力降低均呈现先减小后增大的趋势;在抽采降压过程中,煤样渗透率随温度的变化与应变随温度的变化具有对应关系。

应力约束下储存CO_2煤层膨胀变形特性试验研究

利用自主研发的MCQ-Ⅱ型煤层瓦斯驱替试验装置,对原煤大尺寸(100 mm×100 mm×200 mm)试件,进行了恒定温压(25℃,31 MPa)条件下CO_2在贫煤、贫瘦煤和弱黏煤3种煤阶煤中的注入储存试验,对CO_2注入储存过程中煤体膨胀变形特性进行了测量分析;并对小尺寸(6 mm×6 mm×6 mm)原煤试件通过CT扫描,研究了3种煤样的微观结构特征。主要结果为:对最小观测尺度为4.5μm的CT重建图像,通过统计分析,发现贫煤孔隙率(4.67%)小于贫瘦煤孔隙率(5.39%)小于弱黏煤孔隙率(12.10%);在31 MPa体积应力约束条件下,持续12 h的CO_2注入过程中,煤体膨胀变形受孔隙压力与CO_2吸附变形的共同作用,且体积膨胀百分比与CO_2注入储存量呈线性关系;在注入储存相同量气态CO_2条件下,贫煤体积膨胀应变大于弱黏煤大于贫瘦煤;由于煤体层理性结构特征,弹性模量在垂直与平行层理2个方向上的差异性,煤体在垂直层理方向膨胀应变大于平行层理方向应变,且2个方向膨胀应变均与CO_2储存量呈线性关系。

基于煤帮变形的玻璃钢锚杆失效机理分析

为了解决玻璃钢锚杆在煤巷支护中的失效问题,促进这种新型支护材料推广应用,开展了玻璃钢锚杆的失效机理研究。采用理论分析、现场观测方法研究了煤帮变形特征,采用特制拉拔试验装置对玻璃钢锚杆进行拉伸试验,研究了玻璃钢锚杆延伸性能。试验结果表明:巷道煤帮具有大变形特征,煤帮深2 m范围内锚固体的拉应变为1.8%;玻璃钢锚杆延伸性能差,实测锚杆延伸率为1.25%。揭示了玻璃钢锚杆失效机理:回采巷道煤帮具有不可抗拒的大变形特征,由于延伸率较低的玻璃钢锚杆不能适应煤帮的变形,从而导致支护失效。

煤帮变形对留巷围岩稳定性的影响研究

为了有效地提高沿空留巷围岩的稳定性,必须对留巷煤帮的变形进行深入的分析,有针对性地对巷道进行加强支护。首先建立力学模型,分析了巷道煤帮的应力分布状态、煤体破坏深度和破坏强度,以及极限平衡区的宽度,揭示了煤帮变形的影响因素,从而为分析弧形三角块的回转对沿空留巷巷帮煤体的破坏程度提供理论依据,并以此为工程实践提供理论与技术指导。