煤孔隙结构演化的构造制约及瓦斯富集机理研究

煤的孔隙度、孔径分布、比表面积等孔隙结构特征是煤的重要物理性质，这一性质在煤层气开采及瓦斯突出危险性评价等诸多方面有着极其重要的意义。为此，煤的孔隙结构也一直是学者们关注的重点问题，但从构造变形角度来研究煤中孔隙演化的构造制约关系，尤其是针对煤中封闭孔隙结构特征及其演化机制与瓦斯赋存状态等方面还需进一步深入研究。因此，本项目通过对煤层构造、构造煤的孔隙结构与瓦斯赋存特征的研究，旨在弄清不同变质、变形环境下煤体孔隙（开孔和闭孔）结构特征及其演化机制，揭示构造应力对煤中孔隙（开孔和闭孔）演化的控制机理；系统研究煤中瓦斯的赋存状态及吸附/解吸机理，剖析煤体孔隙（开孔和闭孔）的储气特征，探讨构造煤发育区瓦斯赋存特征及其富集机理，对于进一步探讨构造煤的形成和突出机理具有十分重要的意义，同时对构造煤发育区煤层气的勘探开发也具有重要意义。

煤孔隙、孔径分布和比表面积等孔隙结构特征是煤的重要物理性质，这一性质在煤层气开采及瓦斯突出危险性评价等诸多方面有着极其重要的意义。本项目采用扫描电镜、原子力显微镜、低温液氮吸附、X射线衍射（XRD）、激光拉曼光谱和甲烷高压等温吸附实验等多种分析测试技术，对不同构造背景下，不同类型构造变形煤孔隙结构和大分子结构特征进行了系统分析和详细研究，获得了不同类型构造变形煤在不同尺度下（宏观、微观、介观及纳米尺度）的表面形态和孔隙结构特征。系统分析了煤体中不同孔径大小孔隙孔体积和比表面积分布规律，厘清了变质作用对煤中纳米级孔隙的影响，揭示了构造应力（构造变形程度和变形性质）对煤中不同孔径大小纳米级孔隙结构演化的制约关系，探讨了煤中开孔、半封闭孔结构特征对煤储层渗透性和瓦斯解吸的影响。厘清了构造变形程度和构造变形性质对煤大分子结构特征的影响，揭示了在不同变质阶段，构造应力对煤大分子结构特征参数影响的差异性。系统研究了不同条件下煤中甲烷吸附特征，揭示了不同温压条件下不同变形程度和不同变形性质构造煤甲烷吸附性能的差异性，并深入探讨了构造煤发育区煤中甲烷的存在形式及其富集机理。建立了煤的变质程度、显微组分对煤的强度、弹性模量及声波速度的关系；揭示了煤中裂隙密度与煤的变质程度和镜煤条带厚度的关系。这些研究成果对揭示构造煤的形成和突出机理以及构造煤富集区煤层气产出规律具有理论意义和实际应用价值。