煤岩变质变形作用的谱学研究

为了探讨不同变质程度煤在不同变形机制和变形强度影响下的结构成分演化,该文对淮北煤田经历不同变质变形作用的构造煤样品进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)和激光Raman光谱的测试和分析。FTIR显示,变质和变形作用对大分子结构的降解和缩聚过程有着不同程度的影响;激光Raman光谱显示,变形作用导致大分子结构中次生结构缺陷的产生,变质作用对次生结构缺陷和芳族总量也有一定的影响。综合研究表明:韧性变形将应力作用转换成应变能,对降解和缩聚产生明显的影响,而脆性变形将应力作用转换成热能,促进降解的进行,对缩聚作用的影响较小。低变质阶段煤岩以降解作用为主,高变质阶段则以缩聚作用为主。在变质变形作用的影响下,脱落的小分子优先补充嵌入大分子结构的次生结构缺陷中或残留的芳环缩聚形成芳族结构,从而提高煤岩结构的稳定性,且韧性变形比脆性变形更容易导致次生结构缺陷的形成。

不同变形机制构造煤大分子结构演化的谱学响应

构造变形的机制不同对煤岩结构演化具有重要的控制作用,而结构演化的不同会导致煤层气(瓦斯)赋存状态的变化.本文通过对两淮煤田构造煤样品进行的X射线衍射分析,并结合激光Raman光谱和傅立叶红外光谱的讨论,深入研究了不同变质程度和变形机制构造煤的大分子结构以及官能团的演化响应及其机理.结果表明,由于变质程度和变形机制的不同,构造煤大分子结构参数的演化趋势与原生结构煤参数有着明显的差别;不同变形机制对各类官能团的脱落和大分子结构的缩聚有着不同的影响,构造变形作用可以导致煤岩次生结构缺陷的产生并降低构造煤大分子结构稳定性;由于不同变形机制引起的次生结构缺陷变化不同,导致构造煤的大分子结构单元在堆砌方向和延展方向上出现了耦合互补式的演化过程;由构造变形作用导致的化学结构的变化以及次生结构缺陷的产生是造成构造煤与原生结构煤大分子结构变化不同的主要原因.

不同变形机制对无烟煤化学结构的影响

为了探讨不同的变形机制对无烟煤化学结构的影响,从而深入研究构造煤的化学结构的改变与瓦斯突出之间的相互关系,本文采用沁水盆地南部晋城矿区的无烟煤进行了10组次高温高压实验,并且对实验前后样品进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光拉曼光谱(Raman)和镜质组反射率(VR)的测试和分析.结果表明,除温度对煤化学结构影响较为明显外,应变速率对煤的化学结构也有明显影响.在较高应变速率(4×10^(-5) s^(-1))下,煤主要表现为脆性变形,样品发育具有明显位移的主破裂面,煤化学结构总体变化规律不明显;随着应变速率的降低,韧性变形作用渐趋增强,应变能不断积累,导致煤大分子结构发生晶内位错、滑移,缩合芳环数量和次生结构缺陷数量亦随之增加,脂族和醚键氧等官能团相继裂解析出,形成分子量更低的小分子,产生CO气体.此外,变形实验后样品的Ro,max值均明显大于变形前样品,暗示构造变形作用促进了煤的变质作用,同时镜质组反射率椭球(VRI)是反映构造变形作用类型的有效指标.