鄂尔多斯盆地神木–佳县区块深部煤层气地质特征及勘探开发潜力

我国深部(以下均指埋深大于2000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。与中浅部相比,深部煤层气在富集成藏规律与开发方式方面均具有显著的差异性,急需针对重点区块开展解剖性分析研究。神木–佳县区块位于鄂尔多斯盆地东北部,目前尚处于深部煤层气勘探的起步阶段,深部煤层气富集特征及开发潜力等尚不明确。基于研究区近期实施的地震资料、300余口井的测井资料和4口取心井的参数资料等,系统分析煤储层基础地质特征,总结煤层气富集主控因素与富集规律,类比剖析研究区深部煤层气勘探开发潜力。研究区深8号煤的镜质体反射率介于0.7%~1.8%,大部分区域煤层演化已处于热解生气高峰,区域上煤层净煤厚度高达7~8 m,煤层发育稳定,构造相对简单、水动力封闭性较强、顶底板封盖条件较好,为煤层气大面积连续成藏提供了优越条件,其中佳县南区的煤层气资源条件最好。与鄂尔多斯盆地东部其他区块深部煤层相比,研究区煤层中游离气占比明显更高(15.21%~46.47%),煤层中吸附气主要受吸附压力封存控制,而游离气受毛管力封闭与浮力重力分异双重控制,两种封存机制共同决定了深部煤层含气量的垂向分带与平面分区,以佳县南部为例总结了吸附气吸附压力主控、游离气毛管压力封闭与重力分异耦合控制的典型深部煤层气富集模式。与临兴区块和大宁–吉县区块类比分析结果表明,神木–佳县区块具有较好的煤层气资源基础、储层改造条件和高产潜力,预示了此区块深部煤层气规模化开发的美好前景。此外,大宁–吉县区块深部属典型的高煤阶煤,而神木–佳县深部为中煤阶煤,因此,该研究认识进一步丰富完善了深部煤层气富集理论,对于全国深部煤层气勘探开发实践有重要指示意义。

掺混城市污泥对神木煤成浆特性的影响

将城市污泥以不同质量比掺入神木煤制备污泥煤浆,利用安东帕C-LTD80/QC型旋转流变仪考察了污泥掺混质量比(α)对污泥煤浆的最大成浆浓度、流变性、触变性和稳定性等成浆特性的影响。借助FTIR和SEM表征煤、污泥及水煤浆,探讨掺混城市污泥影响神木煤成浆性能机制。结果表明:水煤浆及污泥煤浆流变特性均符合幂定律模型τ=Kγn,随着α的增大,污泥煤浆表观黏度增大,最大成浆浓度降低,浆体流变性指数n减小,剪切稀化特性明显,浆体更加趋向于假塑性流体;同时,α的增大也会使得浆体触变环面积增大,进一步导致浆体触变性增强;此外,加入污泥制备的污泥煤浆,浆体产生沉淀时间明显延长,其析水率与相同成浆浓度下的水煤浆的析水率相比明显降低,说明适当的污泥掺混量有利于改善浆体的稳定性。通过FTIR及SEM分析可知,污泥填充了煤粉颗粒之间的空隙,在浆体内部形成较强的空间结构,这种作用是导致掺混污泥后浆体的表观黏度增大、最大成浆浓度降低、稳定性提高的主要原因。在尽可能提高污泥掺混比例的条件下,当α为0.12,污泥煤浆的最大成浆浓度为60.42%时,浆体的成浆性能良好,满足工业要求。

升温速率对神木煤热解半焦结构性能的影响

利用管式炉和微波材料工作站分别对神木煤煤样进行终温为750℃的慢速(3和5℃/min)、中速(10和15℃/min)及快速(50、100、225、350和750℃/min)热解,基于热解半焦X射线衍射谱图解析热解半焦的微晶结构参数,采用傅里叶变换红外光谱表征热解半焦的表面化学,并借助热重分析仪、选用气化活性参数RT评价热解半焦的气化反应活性。结果表明,随着升温速率的增大,神木煤热解半焦总体上呈现的趋势是:表面含氧官能团含量降低,半焦的微晶层片尺寸La和石墨化度明显提高,层间距d002和堆积高度Lc略微减小,说明神木煤半焦结构随升温速率的提高变得规整;随着升温速率的增大,半焦的气化活性RT从0.178 2降低至0.103 6。热解终温为750℃的神木煤热解过程中,快速热解有利于获得易石墨化、表面非极性化、气化反应性低的产物。

缓慢炭化部分氧化对制备煤质活性炭的影响

研究了炭化升温速度、炭化低温区引人空气部分氧化对活性炭制备过程中炭化阶段、炭化物结构、活性炭性能等的影响。结果表明，炭化时低温部分氧化可提高炭化物得率，使炭化物微晶的ｄ＿（０．０２）值升高和Ｌ＿ｃ值减小；而较慢的炭化升温速度有利于制备优质活性炭。缓慢炭化、部分氧化可以在一定程度上控制炭化路径，使炭化向生成取向性差、难石墨化、各向同性、含无定形炭多的炭化物的方向进行；并讨论了它们控制炭化的作用机理。以此为指导，利用神木煤为原料制备出优质活性炭。

利用神木煤研制优质气相吸附活性炭的试验研究

本文研究了低温预氧化时的通入空气量、炭化湿度、炭化时间与炭化料微晶结构的关系,分析了预氧化、炭化和活化工艺参数对活性炭性能的影响,指出了用神木煤研制优质气相吸咐炭,采用低温预氧化、缓慢炭化和水蒸气活化法工艺是可行的。

基于煤与麦秸秆共活化的超级电容器用活性炭电极材料的制备

分别以神木烟煤、麦秸秆及二者混合物为前驱体,采用KOH活化法制备超级电容器用活性炭电极材料(AC1,AC2,AC3),采用低温N2吸附、接触角法对各活性炭的孔结构和润湿性进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、漏电流和交流阻抗等测试手段对各活性炭电极材料的电化学性能进行对比评价。结果表明:AC3兼具AC1比表面积高和AC2润湿性好的优点,其组装的超级电容器在3 mol/L KOH电解液中具有较高的比电容(270 F/g)、充放电可逆性好、较低的漏电流(0.01 mA)和较小的阻抗等特点,反映出煤与麦秸秆共活化过程中存在协同效应。

神木煤制中低温热解用型煤工艺参数优化研究

为制备中低温热解用型煤,以我国典型低阶烟煤神木煤为原煤,以煤焦油重质组分及沥青为黏结剂,研究成型压力、水分、黏结剂种类及添加量对型煤冷热强度的影响,考察复合黏结剂配比对型煤冷热强度的影响规律。结果表明:型煤的强度随着压力和水分的增加呈先增大后减小的趋势;黏结剂种类对型煤强度的影响作用不同,煤焦油和煤沥青添加量的增加分别增强了冷强度和热强度;在成型水分13%、成型压力141 MPa、煤焦油重质组分质量分数9%和煤沥青质量分数为16%的优化工艺条件下,型煤的冷、热强度均较优,可以满足中低温热解直立炭化炉对原料的要求。

神木北部采煤塌陷区土壤与植被损害过程及机理分析

通过对神木北部矿区塌陷1,2,5,10 a和未塌陷区植物群落调查和土壤因子的测试,采用因子分析法评价不同塌陷年限下土壤质量和植被群落结构优劣,同时利用冗余和聚类分析研究植物与土壤之间的相互关系及其演变过程,并基于植被—土壤耦合模型判定不同塌陷年限土壤因子与植物群落耦合协调性。结果表明:1采煤塌陷导致土壤质量与植被群落结构退化,随塌陷时间的推移呈自然恢复趋势,但10 a后植物群落结构和土壤因子仍不能恢复至塌陷前水平;2塌陷区土壤有机质、水分和微生物是决定土壤质量和植物群落特征的关键因素,土壤硬度、速效养分和酶类是影响植物群落生产力和多样性的主要因子,而全效养分影响力相对较小;3塌陷区植物群落和土壤质量大体经过退化、改善和初步恢复3个不同的演化阶段;4植被与土壤的耦合协调性塌陷2 a后逐渐恢复,但至塌陷10 a仍未达到未塌陷地良好的耦合协调水平。神木北部矿区采煤对生态环境损害具有一定延续性,且生态系统自修复能力较弱,因此减少采动损害、实行自然与人工修复相结合应作为该区生态环境保护的指导原则。

内热式滚动床对神木长焰煤热解提油性能的研究

研究了神木长焰煤在内热式滚动床内的热解性能。实验表明,滚动床内的轴向温度分布有利于低阶煤的热解提油。在加热燃气低热值为17 890 kJ/m3,热解温度为650℃时,原料煤的热解焦油产率达到8.52%,为葛金焦油产率的75.59%。随热解温度的增加,焦油中脂肪族和芳香族含量有所提高,而极性化合物含量有所降低。在热解温度650℃时,脂肪族和芳香族含量分别为22.6%和39.5%,极性物含量为32.7%。

复合铁催化剂对神木煤加氢热解产物收率的影响

在固定床上考察了神木煤加氢热解过程中复合铁催化剂对产物分布的影响,制备了铁-铝复合催化剂和铁-硅复合催化剂。结果显示,催化剂的添加可以显著提高神木煤加氢热解转化率,其中催化剂Al/3Fe、Al/3Fe-A以及Si/3Fe有利于焦油生成,焦油收率平均提高3.7%;催化剂Fe/3Al、Fe/3Al-A、Fe/3Si以及Fe/3Si-A有利于气体生成,气体收率平均提高6.8%。

神木烟煤气化型煤的制备及成型机理研究

本文采用正交试验方法,确定了神木烟煤气化型煤的最佳制备工艺,利用扫描电镜(SEM)研究了该型煤的成型机理。结果表明,该气化型煤的最佳制备工艺是神木烟煤、禹州煤、粘结剂P、粘结剂L、粘结剂F以55～60∶25～30∶8∶5∶2的质量比混合成型,生球依次在60℃、90℃、120℃烘干20min,最终升温到180℃烘干30min,冷却即得型煤产品。粘结剂的固化物在型煤内部起到"桥梁"作用,把煤粒粘结成整体而成型,复合粘结剂的有机、无机组分分别与煤中的有机物和矿物质有较强的物理化学作用。

神木烟煤燃烧时NO_x生成特性的试验研究

在一维热态试验炉上,采用双调风旋流燃烧器对神木烟煤进行了燃烧试验,研究了不同因素对NOx生成规律的影响.结果表明:随着一次风率f1的提高,NOx排放浓度先降低后上升,而煤粉燃尽率提高;当外二次当量风旋流强度Ωdl=0.87时,煤粉的燃尽率最高,而当Ωdl=1.08时,NOx排放浓度最低;降低外、内二次风风量比ε有利于煤粉的燃尽,当ε=3时,NOx排放浓度最低;当过量空气系数α=1.3时,煤粉的燃烧状况最好;抑制NOx排放的最佳煤粉粒径为20.77μm,煤粉的燃尽率随粒径的减小而提高.

微波辐射下神木-府谷烟煤有机质的溶出规律及组成结构

提高煤中有机质的可溶性,从分子水平上了解煤中可溶有机质的组成结构,是实现煤炭资源高效清洁利用的关键性科学问题.本文在微波辐射下对神木-府谷烟煤(SFBC)进行溶剂萃取,考察了微波辐射功率、辐射时间以及溶剂类型对SFBC萃取过程的影响,并利用气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)分析了萃取物的组成.结果表明:微波辐射40min时,SFBC的萃取率随微波功率的提高而降低,微波辐射10、20和30min时,SFBC的萃取率随微波功率的提高呈先增加后减小的趋势;SFBC的萃取率与溶剂的介电常数有关,在介电常数较小的四氢呋喃中萃取率最高(5.6%);萃取物主要由脂肪烃和芳烃组成,推测脂肪烃和小分子的芳烃较易从煤的大分子网络中游离出来.

一维炉中石油焦与煤燃烧特性的对比试验研究

在一维炉热态试验台上,采用双调风旋流燃烧器,对比研究了一次风率f1、外二次风当量旋流强度Ωdl和过量空气系数α对石油焦、河津贫煤和神木烟煤燃烧特性的影响.结果表明:随着一次风率f1的增大,河津贫煤和石油焦的NOx排放浓度提高,前期燃烧恶化,而神木烟煤的燃烧状况得到改善,燃尽率提高,NOx排放浓度先降低后升高;石油焦和神木烟煤的着火和燃尽率分别在Ωdl=0.69和Ωdl=0.87时最佳,而两者的NOx排放浓度均在Ωdl=1.08时最低;过量空气系数α的增大使石油焦着火推迟,燃烧状况更差,NOx排放浓度更高,但使神木烟煤的NOx排放浓度更低.

固体热载体快速热解粉煤提油中试研究

在设计处理能力为10 t/h的固体热载体快速热解粉煤提油半工业试验装置上,以神木烟煤为试验用煤,考察装置的运行特性、热解特性和产物分布等。结果表明:热解煤气中H2和CH4含量较高,低位热值可达到11～15 MJ/m3。对焦油的馏程分析表明:水上油中低于350℃的馏分质量分数达到47.00%,获得的半焦挥发分质量分数低,固定碳质量分数高。

从神木煤田2^（－2）煤层煤岩特征看泥炭沼泽演化

在研究神木煤田２－２煤层煤岩特征的基础上，划分了三种泥炭沼泽类型，即开阔水体草本沼泽、陆地森林沼泽和潮湿森林沼泽。泥炭沼泽由三角洲平原上的浅水湖泊演化而来并经历了三个演化阶段。成煤植物早期以草本为主，中期和后期以木本为主。森林火灾和洪泛事件在中期最为频繁。

神木北部矿区5-2煤层厚度及其底板高程趋势分析

为了查清神木北部矿区5-2煤层赋存特征及成因,选取了该矿区172个典型钻孔数据,用趋势分析法研究了5-2煤层的厚度及其底板高程度变化特征。结果显示:该区煤层厚度总体为南北厚中部薄,东厚西薄;底板高程为南北高中部低,东高西低;煤层厚度和其底板高程间普遍存在正相关关系。在该区构造稳定的背景下,后期改造对煤层厚度及其底板的影响很小,煤层赋存特征主要受沉积与剥蚀的控制。

陕西省神木县地质灾害发育特征及防治建议

陕西省神木县近年来经济发展迅猛,但随着境内煤炭资源的开发利用和各类基础设施建设的加快发展,崩塌、滑坡、泥石流、矿区塌陷等地质灾害也愈发严重,对人民生命财产造成了巨大危害。笔者等在遥感图像解译和野外详细调查访问的基础上,查明了区内地质灾害类型、数量、规模及其时空展布规律,分析了各类地质灾害的主要形成条件。指出各类灾害中以煤矿开采及煤田自燃引起的矿区地面塌陷分布范围最广、危害最严重,其次是崩塌、滑坡,泥石流灾害仅局部发育。描述了重要灾点特征,提出了相应的防治建议。

神木煤配煤炼焦试验研究

神木煤属于低灰低硫低价煤种,储煤量丰富,通过开展神木煤直配配煤炼焦试验和不同细度配煤试验,优化配煤结构,合理配煤,改善配合煤粘结性,可将神木煤配入量达到3%~5%。试验结果表明配入神木煤可使焦炭达到降灰和降本效果,为包钢扩大煤源使用范围和降本增效提供了技术支持。