华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。

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。

四川盆地及周缘地区龙马溪组页岩微观孔隙结构及其发育主控因素

以四川盆地及周缘地区下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象,通过氩离子抛光—扫描电镜、低温液氮吸附/脱附实验等方法和技术,对研究区页岩储层微观孔隙结构进行系统研究,并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明：四川盆地及周缘地区龙马溪组富有机质页岩孔径范围为纳米级,孔隙类型多样,分为有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔及微裂缝等,其中有机孔和粒内孔较为发育;页岩微观孔隙结构复杂,多为开放型孔隙,以管孔和两端开口的平行板孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~80nm,以中孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。

四川盆地周缘牛蹄塘组页岩微观孔隙结构特征

以四川盆地周缘地区下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩为研究对象,通过X衍射全岩分析、低温液氮吸/脱附等实验方法技术对研究区页岩储层微观孔隙结构进行了系统研究;并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明：四川盆地周缘牛蹄塘组富有机质页岩矿物组分中石英、长石等脆性矿物含量较高,其次是黏土矿物;页岩微孔结构复杂,多为开放型空隙,以管状孔和平行壁的狭缝状孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2-10 nm,以微孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。

无烟煤基质孔隙随温度变化规律的实验研究

为了研究温度对煤基质纳米级孔隙结构的影响,采集了宁夏汝箕沟煤矿原生结构无烟煤煤样,在实验室内对该煤样进行了不同温度下的加热模拟实验。通过对不同温度煤样的低温氮吸附-解吸曲线及孔隙结构参数对比分析,建立了煤基质孔隙结构参数和温度的相关关系。结果表明,随着煤体温度的升高,吸附量线性增大,无烟煤纳米级孔隙的比表面积和比孔容线性增加,平均孔径降低;无烟煤的孔隙直径大小、体积和比表面积对温度变化比较敏感,而孔隙形态特征受温度影响不明显。研究结果可以为煤层气开采和煤矿瓦斯灾害防治提供参考。

Atomic force microscopy study on microstructure of various ranks of coals

As a new technology, Atomil Force Microscopy （AFM） is being used in the research of microscopic structure on coal surface in recent years. By this technology, we can observe the nanoscale pore and crack shape of coal surface, and measure some structural parameters. Different metamorphic grades produce different feature of surface microscopic structure of coal. This paper analyzes the surface microscopic structure of different metamorphic grade coal by AFM. The results show that the coal surface microstructure has a trend from rough to smooth with the increasing of metamorphic grade. The low rank coals contain large or medium pores and the high rank coals contain micro pores. The values of surface morphology characteristic parameters （Sq and Sa） nonlinearly decrease with the increasing coal rank. That is, the coal surface becomes smoother during coalification.