煤的变形行为及其产气机理研究以沁水盆地南部为例

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1、分类号UDC密级编号中国科学院研究生院硕士学位论文煤的变形行为及其产气机理研究——以沁水盆地南部为例指导教师璧是挂煎援生国型堂随研究生睦武里壅盟±生屋垫廑鍪瞠院申请学位级别亟±学科专业名称捡造堂厦堂论文提交日期至Q!!生垒旦论文答辩日期2壁!呈生量且培养单位生国歪瞠睦巫塞生瞳学位授予单位生国整堂睦班塞生睦ThesisfortheMasterDegreeofStructuralGeologyintheGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesResearchontheBehaviorandGa

2、sGenerationMechanismofCoalDeformation--ACaseStudyofSouthofQinshuiBasinByLiHuijunDirectedByHouQuanlinandWuYudongCollegeofEarthScience，GraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesBeijing，ChinaMay,2011关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，

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4、研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：／圣磊李导师签名：日期：加1茸辋摘要变形作用在造成煤物理结构变化的同时，能否引起煤的化学结构的变化；如何影响煤层气的生成和赋存，是科学家们长期关注，并孜孜探索，但仍没有很好解决的重要科学问题。针对这一科学问题，作者自行设计了煤的次高温高压变形实验方案和气体收集装置，将煤的变形实验和傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光拉曼光谱(Raman)等有机化学测试手段相结合，以期对煤在不同变形作用过程中的大分子结构变化及其产气机

5、理进行探索。通过研究取得如下进展和主要成果：1．设计了一套煤的次高温高压实验和气体收集装置。设计实验温度不高于200。C，远低于煤的热解温度，并以沁水翁地南部较难热解的无烟煤为试样，以排除实验过程中因温度升高而热解产生气体的可能性，确保变形实验过程中所产气体为变形作用的结果，而非热解作用所致。2．变形实验过程中有明显的产气现象。在10个煤样的不同温度、压力和应变速率的变形实验中，有2个样品收集到了约30～50ml的CO气体(其它样品因实验装置破裂，1i能保证所收集气体来自煤样)。表明变形作用能够使煤大分子结构单元发生裂解(化学变化)，生

6、成气体。3．研究区煤的变形机制在应变速率0．5×104／s，150～200。C的条件下逐渐由脆性向韧性过渡。在150。C以下，不同应变速率的样品均主要表现为碎裂作用，出现明显应力降，形成有明显滑动的优势破裂面，在FTIR和Raman光谱中各官能团谱峰没有表现出明显地随应变速率的变化规律，反映出明显的脆性变形行为；15肚200℃条件下，所有样品均发育多组破裂纹，无明显应力降产生，在FTIR和Raman光谱中相关分子基团谱峰随应变速率的降低呈现显著的规律性变化，表现出明显的韧性变形特征，且随着应变速率的降低，韧性变形特征更为明显。4．不同的

7、变形机制条件下，试样表现出明显差异的化学结构演化特征。脆性变形(100。C)条件下，各试件化学结构在FTIR及Raman光谱中未发现明显规律性变化。在200。C条件下，随着应变速率的降低，韧性变形作用增强，FTIR和Raman光谱表现出明显的变化规律：随着应变速率从4×10。5／s降低到0．5x10～／s，FT眼光谱中芳环相关频带振动I煤的变形行为及其产气机理研究逐渐增强，脂族和醚氧基团频带振动迅速降低；Raman光谱中归属芳环总量的G峰峰面积逐渐增加，反映分子结构单元缺陷的D峰峰面积迅速增大。表明韧性变形作用促使化学晶核发生裂解，芳烃

8、数量随之增加，有序度下降，脂族和醚氧基团降解，生成CO气体。而脆性变形煤样没有表现出规律性变化，可能是由于试样在很小应变的情况下印发生了破裂，迫使实验提前终止，所以没能记录脆性变形作用对煤化学结构的影响规律