基于HRTEM的構造煤大分子結構及超微孔隙特征研究.pdf

1、本文采用高分辨率透射電子顯微鏡（ High Resolution Transmission Electron Microscope）對不同變質程度和不同變形程度的構造煤大分子結構、大分子結構中的超微孔隙進行系統(tǒng)的觀察和研究分析，得到高分辨率的煤晶格條紋圖像，并采用圖像分析技術對大分子結構及超微孔隙結構進行定性和定量研究，深入探討了變質程度和變形程度對構造煤大分子結構超微晶格參數、大分子結構中超微孔隙的影響。結果表明，根據變質程度、變形程

2、度的不同，煤的大分子結構及超微孔隙結構特征也表現(xiàn)出差異。
　?。?）在低變質階段煤高分辨率晶格條紋圖像中，大部分是以單個條紋出現(xiàn)，呈無序狀態(tài)，排列很稀疏，很少有兩個及以上的相鄰且平行的條紋對存在，定向性很差；在中變質煤高分辨率晶格條紋圖像中，雖然大部分也以無序性的單個條紋出現(xiàn)，但局部出現(xiàn)了較多的條紋對，定向性明顯增強，排列較為緊密，長度增大；高變質煤高分辨率晶格條紋圖像中，條紋對分布明顯增多，排列更為緊密，長度更大，條紋的定向性也

3、更強。
　?。?）煤階對煤大分子結構和超微孔隙有重要的影響，在不同的變質階段，影響程度各不相同。①對于大分子結構：在弱構造變形強度下，低變質階段煤大分子結構無序性強，條紋間距較大，隨著煤變質程度的加深，煤大分子通過芳構化和縮聚作用使條紋增大，定向性增強，排列更緊密，間距減小。相鄰煤演化階段，條紋間距以及條紋長度增量大小的趨勢均是先增大后減小，都在中變質向高變質階段演化時達到最大；前者在高變質階段演化時達到最小，后者在前后兩個相鄰階

4、段長度增量大小相等；彎曲度增量大小呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。②對于超微孔隙：在弱構造變形強度下，隨著變質程度的加深，相鄰芳香層組成的超微孔隙寬度減小，長度增大，同時，超微孔隙面積增大。煤大分子通過芳構化和縮聚作用使芳香層增大，定向性增強，排列更緊密，間距減小。因此，在煤演化過程中，條紋長度增大速率大于條紋間距減小速率。相鄰煤演化階段，孔隙長度以及孔隙面積增量均在中變質向高變質階段演化時達到最大；孔隙寬度增量則在低變質向中變質演化時達到最大。<

5、br>　　（3）構造變形對煤的大分子結構和超微孔隙也有重要的影響，不同的變形階段，影響的程度也各不相同。①對于大分子結構：隨著構造變形的增強，條紋長度增大，間距和彎曲度減??；然而，構造變形對低變質煤大分子結構的影響要大于中變質煤。構造變形對低變質煤納米級孔隙、甲烷吸附量和煤層氣含量的影響要大于中變質煤。②對于超微孔隙：低變質階段，隨構造變形的進行，孔隙寬度和長度不變，面積減小，表明條紋長度增大速率小于條紋間距減小速率。中變質階段，隨構造

6、變形增強，孔隙寬度減小、孔隙面積和長度增大，因此條紋長度增大速率大于條紋間距減小速率。而且構造變形對中變質煤大分子結構中超微孔隙寬度和長度的影響要大于低變質煤。
　?。?）煤大分子結構中廣泛存在寬度大于甲烷分子直徑（0.414nm）的超微孔隙，而納米級（＜100nm）孔隙是煤層氣的主要吸附空間，因此，超量煤層氣可能儲存于這些超微孔隙中，并以物理吸附和化學吸附方式儲存。準確的計算出該類超微孔隙吸附的甲烷量對煤層氣含量預測和煤礦安全生