不同变质程度煤中镜质组的元素分布特征:基于Raman和原位微区XRF分析

为明确煤中元素与有机质之间的关系,本文选择山西太原西山煤田6个矿区石炭系—二叠系太原组8号煤层煤样(镜质体最大反射率为1.26%~2.03%)为研究对象,挑选其中的镜煤条带,利用激光共聚焦拉曼光谱仪(Raman)选出镜质组,结合微区X射线荧光光谱仪(μ-XRF)对镜质组中元素含量和分布特征进行分析,试图探讨不同变质程度煤中镜质组的拉曼光谱和元素的耦合关系。研究发现,镜质组中仍然存在着大量的纳米级矿物,在实验操作过程中即使Raman光谱的结果限定了有机组分,但是由于束斑大小的差异,μ-XRF测试时不可避免的受到了煤中纳米级矿物的影响;Al、Si、K、Ti、V、Fe、Co、Ca主要赋存于镜质组中的纳米级矿物中,Ni、Zn、Ga、Ge、Br、S则主要以有机结合态的形式存在。

新疆黑山低阶煤镜质组的分离及其微生物降解研究

利用重液离心法分离出新疆黑山低阶煤中的镜质组,采用土壤水微菌对低阶煤镜质组进行降解实验。通过偏光显微镜分析结果可知,镜质组的最佳分离密度区间为1.15~1.20 kg/m^(3),此区间内镜质组的富集产率达到92.50%。土壤水微菌降解镜质组的最佳工艺条件为:煤浆浓度0.60 g/50 mL培养基,菌液用量8 mL/50 mL培养基,降解时间13 d,此时降解率为24.35%。FTIR分析和XRD分析结果表明,微生物降解后,镜质组的脂肪烃、芳香烃吸收峰减弱,羧基和硝基的吸收峰消失,芳香层间距增加,芳香层数减小,说明镜质组中的有机大分子已被土壤水微菌降解为小分子。GC-MS分析结果表明,镜质组的液相产物中主要含有脂肪烃、芳香烃、酯类和胺类等小分子物质,其中脂肪烃类物质的含量最高。

铜绿假单胞菌对富集镜质组新疆大南湖低阶煤的降解特性

目前,微生物降解低阶煤技术已经取得显著的研究成果,但低阶煤的组成复杂,微生物降解低阶煤的机理仍然不明晰。因此,根据煤岩学的原理,分离得到富集镜质组的低阶煤(镜质组煤样),从而简化煤的组成,再利用微生物降解镜质组煤样,进而推知微生物对镜质组煤样的降解特性。采用重力分选法分离得到富集镜质组的新疆大南湖低阶煤,利用铜绿假单胞菌对硝酸预处理镜质组煤样进行降解,通过单因素实验和正交实验研究煤浆质量浓度、菌浓度、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组煤样的影响。结果表明:三种因素按对降解效果的影响由大到小为降解时间、煤浆质量浓度、菌浓度,分析正交实验结果可知,铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样的最优工艺条件为煤浆质量浓度6 g/L、菌浓度6.37×10^(6) CFU/mL、降解时间11 d,最大降解率为57.1%;对镜质组煤样、预处理镜质组煤样及降解后剩余镜质组煤样进行工业分析和元素分析,发现预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,C元素和N元素的质量分数减小,H元素和O元素的质量分数增大;由红外分析结果可知,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,镜质组煤样中芳香结构发生变化,烷基侧链被降解;通过XRD分析发现,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,芳香层片的间距d 002、堆砌高度L c、微晶宽度L a均减小,芳香层数N增大,表明铜绿假单胞菌能够降解预处理镜质组煤样中的芳香结构;采用气相色谱-质谱联用仪对铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样后的液相产物进行分析,发现在二氯甲烷与甲苯萃取物中,质量分数最高的物质为烷烃类物质(均超过50%),其次为酯类物质(质量分数均在30%以上),相对分子质量均集中在142~394,说明铜绿假单胞菌可以将镜质组煤样降解为小分子;液相产物两种萃取物中还检测到部分胺类和硫取代基类化合物,综合元素分析结果得出铜绿假单胞菌能降解预处理镜质组煤样中的含氮结构和硫元素。

烟煤镜质组分性质及对活性炭结构特性的影响

以大同烟煤和新疆烟煤为原料,采用密度离心分离法提取镜质组富集物,采用气体活化法制备活性炭。对比研究原煤及其镜质组的结构性质差异,以及经炭化和CO_(2)活化后微晶及孔结构的特性变化。采用傅里叶变换红外光谱法对比分析了原煤及其镜质组芳香烃和脂肪烃结构的差异,采用X射线固体粉末衍射法全过程分析了原料、炭化料和活性炭的微晶结构参数及芳香度变化,采用N2吸附法研究了炭化料和活性炭的孔结构特性变化。结果表明:相比于原煤,镜质组富集物的微晶单元尺寸较小,脂肪链长度较短,且支链数量较多,有利于增强炭化过程的流动性。经热重分析法得到镜质组的炭化失重率较高,且失重峰较宽。上述结构性质及反应性差异影响了炭化料的结构特性。经过850℃炭化后,镜质组炭化料的微晶层片尺寸和堆积厚度均增加,原煤炭化料仅增加了层片尺寸,而堆积厚度有所降低,说明显微组分差异主要影响了炭化过程中芳香层片的纵向堆叠。同时相比于原煤炭化料,镜质组炭化料的芳香度较高,BET比表面积和总孔容积相对较大。经过CO_(2)活化后,活性炭的微晶堆积厚度及层片尺寸均低于对应的炭化料,说明CO_(2)活化烧蚀了微晶结构。同时,活化形成了以微孔为主的孔结构,其中镜质组活性炭的BET比表面积分别达到744.1和797.4 m^(2)/g,显著高于原煤活性炭。镜质组活性炭的微孔和中孔容积也较高,其中微孔容积达到原煤活性炭的1.7~2.2倍。上述结果说明芳香度较高、初始孔结构较多的炭化料有利于活化形成更加丰富的微孔结构。

基于随机森林和树突网络的煤镜质组反射率估计

镜质组平均最大反射率是表征煤化程度的重要指标,在确定煤级、鉴别混煤和指导炼焦配煤中起关键作用。传统反射率测定方法费时耗力,且测量结果的主观性较强,致使实验室间鉴定结果的可比性差。针对该问题,提出一种基于随机森林(RF)和树突网络(DDNet)的煤镜质组反射率估计方法,主要包括煤岩显微图像分割、镜质组识别和镜质组平均最大反射率预测3个部分。利用手肘法和K-Means算法对显微图像聚类,以实现不同显微组分区域的分割;采用人工少数类过采样法(SMOTE)对少数类样本过采样,以改善煤岩中镜质组与非镜质组区域样本的不均衡问题;利用基于DDNet的回归算法实现镜质组平均最大反射率的估计,构建回归模型时从镜质组区域中选择多个41×41像素的方形窗口并提取其灰度特征,以提高算法的鲁棒性,其决定系数达到0.990。实验结果表明:采用手肘法自动确定K-Means算法的参数K,具有良好的自适应能力,能够自动区分不同类别数的显微组分;SMOTE方法可有效避免模型因过度学习样本先验信息而导致对多数类识别好、少数类识别差的问题,提高分类准确度,其中基于RF的识别模型准确率达到97.0%;建立了7种回归估计模型,其中DDNet回归模型性能最佳,决定系数达到0.990,预测结果与实际值高度契合,验证了所提方法的可行性。

嵌入改进注意力机制的镜质组显微亚组分轻量级网络识别模型

为提高煤岩镜质组显微组分的识别准确率和识别模型性能,减少识别模型训练中的人工干预,以轻量级网络模型ShuffleNet V2作为主干网络,提出一种嵌入改进注意力机制的煤岩镜质组显微亚组分识别轻量级深度学习网络模型。首先针对镜质组样本数据量较少的问题,采用随机裁剪、旋转、镜像及加噪等方法对初始样本数据进行增强,提高训练模型泛化能力;然后以大型数据集ImageNet上完成预训练的ShuffleNet V2模型为基础,采用迁移学习的方法对模型进行微调,即在本文增强的镜质组显微图像训练样本集上将预训练模型中靠近输入的若干层冻结,对靠近输出的网络层权值进行微调,生成深层特征提取层;最后在ShuffleNet V2模型的输出部分嵌入通道注意力机制ECA,并根据煤岩镜质组不同显微亚组分图像具有明显纹理差异的特点对注意力机制进行改进,构建端到端的轻量级网络识别模型,实现对煤岩镜质组7类显微亚组分的自动识别。实验结果表明:采用本文方法对煤岩镜质组显微亚组分进行识别,其平均准确率可达97.85%,较之ShuffleNet V2原模型可提升5.71%;与经典的神经网络相比,本文模型具有较高的识别准确率、较少的网络参数和计算量及较快的收敛速度;与其他轻量级网络及嵌入其他注意力机制相比,该网络在保持较少参数量的同时,识别的准确率有明显的提高。

炼焦用煤镜质组反射率测定的影响因素

炼焦用煤是指用于钢铁生产中焦化过程中制作高质量焦炭的煤种。从炼焦用煤和镜质组反射率的基本概念出发,分别介绍这两者的基本含义及其关键技术,然后重点分析炼焦用煤镜质组反射率测定的影响因素,并分别对各个因素进行详细的分析,并给出相应的处理措施。

中国煤和烃源岩镜质组的激光诱导荧光显微特征及其应用

应用自行组装的激光诱导荧光显微光度计(LIFM)系统地研究了中国煤和烃源岩中镜质组的荧光强度及荧光变化,建立了镜质组的荧光变化与成熟度之间的相关模式图(R-I-VRo),该图可解决镜质组反射率抑制问题,并将烃源岩成熟度评价范围扩展到VRo达2.0%左右,该方法对于正确评价烃源岩成熟度具有广泛的应用前景。

论富氢镜质组型腐殖煤──生油煤的一种新类型

根据大量样品综合配套分析研究结果，提出并论证了中国南华北盆地晚石炭世太原组（Ｃ＿２）富镜质组腐殖煤是一种新的煤型油源岩或生油煤。其特点是主要油源组分不是类脂组而是镜质组；确切地说，它是一种有少量类脂组“参与”的、主要由富氢镜质体构成的富镜质组腐殖型的生油煤。这种新型生油煤的发现和确定是“煤成烃”和“镜质组生油”领域的重要突破，具有全球性的科学与战略意义。

烟煤镜质组平均最大反射率与煤种之间的关系

运用制定《中国煤炭分类》国家标准所依据的近600个烟煤煤层煤样实测数据,分析了中国不同煤种烟煤镜质组平均最大反射率的分布范围,探讨了烟煤镜质组平均最大反射率与中国煤分类系统之间的关系.研究表明:镜质组反射率与煤种之间的关系较复杂,特别是在中低变质烟煤阶段,相同变质程度煤往往归属于不同煤种,受煤岩组成和还原程度的影响较大.但总的来说,烟煤镜质组反射率与煤种之间的关系规律性明显.

超压地层中镜质组反射率的计算

已有的研究表明,超压可以抑制镜质组的热演化、增加反应活化能.在EASY%R.模型的基础上,通过超压调节化学动力学反应活化能,建立了超压条件下镜质组热演化的化学动力学模型Pa%R.,并根据黄骅坳陷歧北洼陷受超压抑制和未受超压抑制的R.实测资料,确定了有关模拟参数.歧北洼陷港深48井明显超压(压力系数1.2～1.6),用Pa%R.模型所预测的有机质成熟度和生烃时间与用EASY%R.模型预测的明显不同,超压对R.的抑制可达0.1%～O.3%,可使烃源岩进入生油门限的时间推迟1～4.4Ma.

煤镜质组反射率光性组构变形实验研究

不同煤级煤的高温高压实验表明，在温、压和差异应力作用下，煤镜质组反射率值和各向异性都有一定程度增加，变形越强烈，增加越明显，尤其在中煤级中、晚期阶段更是如此。在变形过程中，反射率主轴将发生有规律的偏转，变形越强烈，最小反射率主轴越接近于最大挤压应力方向。随着变形的增强，镜质组反射率椭球由单向伸长型向压缩型转化。

太西无烟煤镜质组、丝质组制备活性炭试验研究

用密度法分离富集了太西无烟煤镜质组、丝质组 ;以富集的太西无烟煤镜质组、丝质组为原料 ,经成型、炭化、活化等过程 ,制成活性炭 ;并研究了太西无烟煤镜质组、丝质组制备的活性炭性能。研究结果表明 :由于显微组分成因及化学性质不同 ,太西无烟煤镜质组制备的活性炭性能优于丝质组 ,可制备比表面 >16 0 0 m2 / g的优质活性炭产品。

不同变质程度煤镜质组活性质量研究

为更准确地定量描述不同变质程度煤镜质组的相对活性质量差异,考察14种单煤添加不同比例惰性物测定的表观黏结指数G'值随镜质组含量的变化规律。研究表明,G'值对镜质组含量的线性关系显著,采用拟合出的线性方程的斜率倒数1/k作为考察镜质组活性质量的指标,可排除各单煤镜质组含量差异的干扰,更准确地揭示了不同变质程度煤镜质组活性质量的变化规律。论证了筛选出的高斯曲线模型是描述不同变质程度煤镜质组活性变化规律的最优模型,据此给出了不同变质程度煤镜质组相对活性质量。

高硫煤镜质组热解过程中结构变化及有机硫形态变迁规律研究

用手选富集与离心分离相结合的方法,从两种全硫含量相近的新西兰煤(NXL;St,ad=1.84%)和山西煤(SX;St,ad=1.80%)中分离出高纯度镜质组。在高纯Ar气氛下,分别制备了300、500、700和1 000℃下的镜质组焦。用FT-IR研究了两种镜质组中的脂肪氢、芳香氢随温度的变化,结果表明,SX镜质组中脂肪氢的相对含量较高,在热解过程中活性高于同温度下的NXL镜质组;两种镜质组中的脂肪氢相对含量都随温度升高而降低,温度高于500℃时,SX镜质组中脂肪氢相对含量基本不变,当温度高于700℃时,NXL镜质组中的脂肪氢相对含量基本保持不变;热解过程芳香氢都表现出先增大后减小的趋势。用XPS研究了镜质组中的有机硫含量及形态随温度的变化,结果表明,SX镜质组中易分解的有机硫化物较多,在300℃以下即可分解完全;NXL镜质组中的有机硫化物分解完全在700℃左右,两种镜质组中的噻吩类硫的含量都随热解温度的升高而增加,砜类硫的含量随热解温度的升高而降低。

五彩湾煤镜质组与惰质组在热解中的相互作用

以五彩湾煤镜质组、惰质组为研究对象,建立两种不同的体系,镜质组与惰质组无相互作用体系（A）和相互作用体系（B）。利用热重技术（TG）和傅里叶变换红外技术（FT-IR）,将两体系的热解固体产物进行红外分析。结果表明,在300-450℃,体系B的脂肪氢含量高于体系A,表明镜质组与惰质组之间发生了烷基自由基转移反应,芳氢的含量也是体系B多于体系A,这说明镜质组与惰质组之间同时发生了芳构化作用,随温度升高,镜质组生成少量氢自由基与惰质组发生侧链取代反应;在500-700℃,体系B的脂肪氢含量和芳氢含量均低于体系A,表明此时镜质组与惰质组之间发生缩聚反应及缩合反应;750-800℃时,脂肪氢和芳香氢含量均为体系B大于体系A,说明体系B中,镜质组产生较多的氢自由基与惰质组大分子芳香结构发生氢化反应,同时与惰质组发生侧链取代反应;850-900℃时,镜质组与惰质组之间进一步发生多环芳香缩合反应。

六种不同变质程度煤的最大镜质组反射率与弹性参数的关系

煤镜质组反射率是评价煤阶、区分煤种的重要参数之一,在煤层气勘探与开发、采煤、化工和冶金中有着重要的应用.以往煤阶的评价单纯通过巷道和钻孔取芯的煤样实验室测试分析获得,受取样点有限限制.本文通过6种不同变质程度煤的挥发分和镜质组最大反射率的测试,配合煤样的超声弹性测量,探讨了镜质组最大反射率与地震属性参数—波速、密度和弹性模量之间的相关性.研究发现:煤镜质组最大反射率与地震属性参数均存在较好的线性正相关,其中以密度与纵波速度的相关程度最高.从而为利用煤田地震预测镜质组最大反射率,进而预测煤阶的三维立体分布提供了试验与物理依据.

一种基于PCA与RBF-SVM的煤岩显微组分镜质组分类方法

在分析煤岩镜质组显微组分特点的基础上,针对其结构复杂、特征量多且相互交织从而影响分类准确性等问题,提出一种基于主成分分析(PCA)的煤岩显微组分镜质组分类方法。首先根据镜质组显微图像中各组分呈现的条状、团块、颗粒等纹理特点和亮度差异,采用基于灰度共生矩阵的能量、熵、惯性矩、局部平稳性等纹理特征量和基于灰度分布统计的亮度比、均值、均方差、三阶矩偏度等亮度相关特征量对其进行描述,构成初始特征量集;再采用主成分分析法对初始特征量集进行进一步的抽取;最后构建基于径向基函数的支持向量机(RBF-SVM),采用积累贡献率较大的主成分作为分类参量实现镜质组的自动分类。实验结果表明:纹理和灰度统计特征可有效刻画煤岩镜质组显微组分;采用PCA对初始特征进行抽取之后,用于分类的特征空间维数大幅度降低,分类算法的泛化能力增强,分类的准确率显著提高。

构造变形作用对煤岩大分子结构的影响——以构造煤镜质组分离为例

在前期构造煤结构演化研究的基础上,通过对两淮地区构造煤镜质组的密度梯度离心分离和显微组分分析等实验,进一步探讨了构造变形作用对煤岩镜质组分离以及大分子结构的影响。研究成果表明:随着煤岩变质程度(Ro,max)的增加,不同变形机制煤(韧性,脆-韧性和脆性)的镜质组分离密度随着变质作用的增加均表现为总体升高,至高变质时略有降低的趋势,而镜质组分离效果的变化趋势则各有不同,与原生结构煤的变化规律存在明显差异。相比于影响原生结构煤镜质组分离特征的因素而言,构造变形作用也许是造成这种区别的主要原因,而不同的变形机制和变形强度在变形过程中则有着不同的影响。文中从构造变形作用(应力作用方式、变形机制和变形强度)与煤岩大分子结构关系的角度对构造煤与原生结构煤镜质组分离差异性的原因进行了探索,发现构造变形作用明显干扰了变质作用对煤岩镜质组分离密度和分离效果影响的正常过程,导致构造煤镜质组物理化学性质的改变,从而造成构造煤与原生结构煤镜质组分离的差别。

镜质组反射率测试及其所反映的构造应力场

为了利用煤镜质组反射率推断豫北构造应力场,基于构造应力是造成镜质组反射率各向异性(VRA)的主要控制因素,对在豫北焦作、安阳、鹤壁三个矿区井下取的定向煤样品进行了室内显微镜下反射率测试,对测试数据按有关公式进行计算后就得出了由最大反射率值、中间反射率值、最小反射率值为轴组成的镜质组反射率椭球体(VRI).结果表明,研究区煤样显示二轴晶正光性,它们经过了强烈的构造变形,研究区煤样镜质组反射率各向异性是由构造应力所引起;由镜质组反射率椭球体(VRI)得出的豫北构造应力场与钻探、节理统计、河南省区域构造应力场分析等方法得出的应力场基本上是吻合的,但也有一定的区别,主要体现在应力场到安阳、鹤壁矿区后发生了向左的偏转.总之,利用煤镜质组反射率各向异性推断构造应力场的方法是可行的、是有效的.