中煤级煤变形产气过程及其机理探讨

煤在变形作用过程中是否会发生化学变化而产生气体以及产气机理是长期争论的基础问题。以中煤级煤为例,进行了次高温高压变形产气实验,实验过程中尽量避免实验煤样中残存气体和可能发生热解作用对实验结果的影响。收集实验产出的气体并测试其成分,并结合不同变形条件下的煤的元素质量测试分析和红外光谱分析结果,得出:中煤级煤在发生变形作用过程中,能够产生新的甲烷气体;实验过程中,新产生甲烷气体的量受到实验温度、围压与轴压的影响,并表现出随着煤变形作用的增强而增加的趋势;随着煤变形的增强,煤结构中的C,H元素的含量和甲基含量均表现出逐渐降低的趋势。因此认为,煤在构造应力作用下发生变形时,不仅改变了煤的物理结构,而且能够改变其化学结构并产生甲烷气体,且变形越强烈,损失的C,H元素及甲基越多,产生的甲烷也越多。进一步提出构造(变形)煤中甲烷气体的赋存状态可能并非仅仅是传统观念的物理吸附,还可能存在以低键能化学键的形式赋存的化学吸附状态。

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.