论文部分内容阅读
煤在我国当前经济高速发展下的能源结构中扮演着非常重要的角色,且我国是世界上第三大煤炭资源国。但由于煤层结构的特殊性,矿井灾害十分严重,其中又以煤与瓦斯突出事故最为严重。而在煤层结构中,构造区域更加容易引发煤与瓦斯突出事故,且这对这一现象科学界尚未给出明确的分析结论。因此,针对具有典型突出危险性的平顶山矿区,本文从微观本质角度利用工业分析、元素分析、傅里叶红外光谱（FT-IR）、核磁共振碳谱（13C-NMR）等测试方法,开展了对矿区原生煤（PT）、断层煤（D）和软分层煤（R）的微观差异性研究,并基于微观结构信息构建了平顶山烟煤有机小分子模型。所得结果对预测煤层构造区域,研究煤体孔隙结构和瓦斯吸附解析特性具有重大意义。（1）傅里叶红外光谱可以定性分析煤中官能团构成及含氧官能团比例,核磁共振碳谱则可以精确的定量判断煤中碳原子的种类和比例关系,而工业分析和元素分析则在总体上给出了煤的结构信息。（2）构造煤在元素分析Hdaf和红外特征参数I1的计算结果均大于原生煤,因此两种构造煤结构中富氢程度较大具有较强的生烃能力;元素分析Odaf、红外特征参数I2和核磁参数falO的值均大于原生煤样,表明构造煤结构中具有更多的含氧官能团;在结构缩合度上,从红外特征参数I3、I4以及碳谱中芳香度fa和芳香碳桥碳与周碳之比XBP的计算结果可以得出,原生煤相比于构造煤具有更高的缩合程度,芳构化程度更深。（3）煤结构中醚键含量的计算:R为1.439;D为1.244;PT为0.768;而由核磁碳谱所测算出的芳香度大小为DalO>R-falO>PT-（al）O、芳香桥碳与周碳之比为:R-XBP为0.27、D-XBP为0.23 和 PT-XBP为0.53。结合（2）的计算结果并参考其他专家学者对不同煤阶煤的研究可以得出,同一地质单元内的构造煤样在醚键含量、芳香度、含氧官能团数量及芳香桥碳与周碳之比上表现为“煤化作用滞后的现象”,即构造煤相比于同一地质单元内的原生煤表现为低阶煤的特性。因此,可根据采面超前钻孔不同位置排煤渣的微观性质变化情况对采面前方构造区域进行提前探测。（4）根据上述微观结构信息并基于Material Studio软件依据分子力学和分子动力学构建出平顶山烟煤有机小分子结构模型,分子式为C108H71O4N。该模型可以较好的模拟煤结构的密度和孔隙率,且在高压阶段的瓦斯等温吸附量与真实煤等温吸附量误差小于5%,因此该模型具有一定的研究价值和应用价值。