煤超分子结构及研究方法进展

为了进一步理解煤的超分子结构研究对于煤清洁和高效利用具有的理论价值和实际意义,对煤超分子结构及研究方法进行了综述。首先对煤超分子的概念及超分子结构之间的相互作用进行了介绍;然后阐述了煤超分子结构模型的研究方法及研究进展;最后对煤超分子结构和反应性能之间的关系进行了探讨,旨在为煤超分子结构的构建与反应性之间关系的研究提供参考,为进一步研究工作起到指导作用。     

构造煤结构与瓦斯突出

采用有机溶剂萃取和煤成烃热模拟实验，对煤层受构造应力作用时的煤结构变化及构造煤的生烃特征进行研究.结果表明：构造煤的正己烷、苯萃取率与原生结构煤基本相近，而氯仿萃取率是原生结构煤的2倍多，构造煤含有很高的氯仿可溶低分子化合物；构造煤分子间的作用力小，决定了构造煤强度低和吸附性能高，从而控制了煤与瓦斯突出灾害的发生；煤的氯仿萃取率可以作为预测煤与瓦斯突出的指标.构造煤生烃潜力小，反映在构造应力作用下，曾经生过烃（瓦斯）.在构造应力作用下，煤中的有机质超前向两个方向演化，一方面聚合形成更大的高芳构化的大分子结构，另一方面则形成低分子化合物和气态烃（瓦斯）.     

不同变质程度煤表面与甲烷相互作用的量子化学研究

采用量子化学计算方法MP2，主要研究了不同变质程度煤基与甲烷分子间的作用能，发现随着煤基直径的增大，煤基和甲烷分子间的相互作用能也逐渐增大，结合不同变质程度煤的空间物理性质，从微观角度解释了不同煤吸附等温试验的结果.     

煤结构化学的理论体系与方法论

根据近年来煤科学的主要进展以及煤的基本特征，对煤结构化学的概念、理论体系及其方法论进行了系统的论述．指出煤结构化学的理论体系根据其任务可分为实验煤结构化学和计算煤结构化学；根据煤的层次结构特征，煤结构化学可分为煤分子、煤超分子和煤聚集态结构化学．煤结构化学的方法论应从煤的基本特征出发，注重煤的多组成性以及它们之间的相互作用、煤的非晶态性、结构的层次性以及煤演化的阶段性，揭示煤结构特征与其物理化学性质关系的关键是建立先进的煤结构化学概念．     

不同挥发分煤的浮选理论与实践

依据分子结构理论，从煤表面的有机分子组成和疏水性间的关系分析了煤的理论可浮性。通过利用不同煤阶煤的基本分子结构单元的量子化学计算结果及煤的电泳实测数据说明了煤表面的负电性。并根据不同极性基团的表面活性剂与煤表面作用的Ｚｅｔａ电位和红外光谱数据讨论了它们的吸附性质。最后讨论了依据上述理论研制的煤浮选促进剂在煤浮选时的作用机理。     

难浮煤-极性捕收剂相互作用研究新视角：分子对接与诱导契合效应

研究煤泥与浮选药剂间的相互作用将是浮选过程强化的热点和难点,针对难浮煤表面强亲水的化学结构特性,将生物医药领域诱导契合效应引入到难浮煤-极性捕收剂的相互作用研究中。基于煤样性质检测结果,构建了3D煤分子结构,采用原型分子（Protomol）技术搜索并表示煤分子活性口袋,在活性口袋中搜索极性捕收剂与难浮煤的分子对接最优构象,根据极性药剂与煤分子相互作用最优构象的结合能大小,分析分子对接和诱导契合效应研究结果与浮选结果之间的对应性关系。结果表明分子对接结果与难浮煤可燃体回收率均呈现出十二醇<十二醛<十二酸甲酯的规律,浮选可燃体回收率与分子对接结合能绝对值、煤分子诱导契合效应呈现明显的正相关关系,揭示了分子对接对浮选药剂筛选的指导作用。根据分子对接构型可知结合能存在差异性归因于π-CH作用和空间位阻作用的不同。进而将药剂分子的三维空间进行固定,采用分子力学模拟对三种极型捕收剂与煤分子间“诱导契合效应”进行探索,发现十二酸甲酯与煤分子活性区域能够产生更大的相互作用,煤分子活性区域对十二酸甲酯的诱导效应、包裹性更强,因而在浮选过程中效果更好。采用分子对接和诱导契合效应研究煤分子与药剂...     

褐煤大分子模型构建及其低温条件下物理吸氧分析

煤对氧气的物理吸附是煤炭自燃的过程之一。在假设 无化 学 吸 附 的 基 础 上,运 用 GrandcanonicalMonteCarlo (GCMC)对煤物理吸附氧气机制进行了系统地研究。首先, 测定了赤峰褐煤的表面分子结构参数,并构建了煤表面大分 子模型(CMM);其次,优化 CMM 并 添 加 了 周 期 性 边 界 条 件;然后,模拟了煤分子周期性边界条件单元(CBu)对氧气 的宏观吸附行为;最后分析了氧气分子和煤中各官能团的径 向分布函数(RDF)。结果表明,环境温度对氧气在煤分子上 的吸附量和产生的吸附热起负相关作用;煤分子主要通过范 德华力和静电相互作用对氧气进行物理吸附。模拟吸附的 分析结果对提高地下煤层防灭火效率,提高煤矿安全水平具 有重要意义。     

陕西凤县高煤级煤分子结构模型的构建与结构优化

分子模拟可从分子尺度探究高煤级煤石墨化过程中微晶结构的演化,对煤系石墨的成矿机理和开发利用具有重要意义。构建高煤级煤的分子结构模型是对其进行分子模拟的基础。通过工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13C-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段,对陕西凤县地区赋存于石炭系草凉驿组含煤地层中的高煤级无烟煤的分子结构进行了研究,发现凤县无烟煤的芳香结构以萘、蒽和菲为主;脂肪碳以亚甲基、次甲基、脂肪侧链和环烷烃的形式存在,其中脂肪侧链以短链为主;含氧官能团以酚羟基和醚氧基为主,还含有少量的羰基;吡咯型氮是氮元素的主要赋存形态;硫元素的主要赋存形式是硫醇硫酚。依此构建了其大分子平均结构模型,并对构建的模型进行了结构优化和退火动力学模拟。经退火动力学模拟后,模型的总能量明显降低,模型中的芳香片层趋于规整的平行排列。在最终模型的能量构成中,非键结势能大于键结势能,是保持煤结构稳定的主要因素。范德华能在非键结势能中占主导地位,归因于高煤级煤中芳环之间的π-π相互作用,该作用是保持高煤级煤结构稳定的主要能量来源。本研究对凤县高煤级煤分子结构模型的构建为从分子尺度研究高煤级煤石墨化的微晶结构演化提供了模型基础。     

褐煤分子结构模型构建与优化

针对煤分子建模方法较多且不统一的现状,本文从微观角度出发,选取对分子结构影响较小的物理方法,探究了褐煤大分子结构并对其进行优化,提出了一种较为简便的煤大分子建模方法。基于元素分析、核磁共振碳谱测试及X射线光电子能谱测试的实验方式,利用分子动力学模拟软件对褐煤进行了分析研究并搭建分子结构模型。研究表明,褐煤大分子中芳香结构多为并五苯,脂肪碳结构多为亚甲基及次甲基结构,烷烃链多为环烷烃结构;氧原子以醚键氧形式为主,其次为羧基氧和羰基氧;氮原子以吡啶氮结构形式存在。优化后煤分子模型结构更加紧凑,能量明显变小,范德华势能作为非键势能的主要组成部分及保持煤分子结构稳定的主要因素,变化最明显。为了构建煤分子晶胞,加入周期性边界条件,根据能量变化得到晶胞密度为1.2 g/cm3,总能量为1 140.624 kJ/mol,与实际情况基本相符,验证了该建模方法的实效性。该研究为直观认识煤大分子结构提供了方法,并对煤与瓦斯突出、煤自燃等灾害事故的机理研究及防治具有重要意义。     

基于化学族组成的煤化学研究体系构建及其应用

针对170多年来按照物理相似性、以显微组分为基础的传统煤化学研究方法普适性差和近70 a来借助现代分析仪器和量子化学计算得到的煤大分子结构模型无法解析煤结构和反应性的关联性的核心科学问题,提出表征可溶化程度的相对抽提率概念,构建了基于环己酮和CS_2-NMP复合溶剂分步抽提煤的普适性可溶化体系,按照化学相似性将煤中有机物分为饱和分、芳香分,胶质、沥青质、碳青质和焦质6个化学族组分,开展不同变质程度煤化学族组分的物理化学结构、组成及其不同热解条件下的热解行为、热解特性、反应机理与动力学研究;提出煤热解反应主体由热离解的自由基主导的新观点,构建了普适性的煤热解自由基调控机理及其强化机制,并按照煤化学族组分的基元反应产生初始自由基、自由基调控和自由基复合3个阶段的反应机理合理有效地解析了煤等离子热解制乙炔过程反应历程与机理以及产物中乙炔选择性高达80%以上的现象、低阶煤快速热解提质实现焦油收率最大化的适宜条件等工业现象,从而形成了基于化学族组成的现代煤化学研究方法,实现了从分子水平识别、表征和描述煤的组成和物理与化学结构参数、煤中各种化学键和有害组分的存在形态,进而利用煤的化学族组成从分子水平研究煤转化过程的反应历程、反应机理和反应动力学,揭示各种煤在反应性方面的相似之处,提高煤转化过程效率、降低污染排放,为煤炭资源的高效清洁转化与利用提供借鉴。     

21世纪前期我国煤炭科技重点发展领域探讨

分析了国内外煤炭科技发展的概况及趋势，提出了21世纪前期我国煤炭工业将向“高效、安全、洁净、结构优化”的方向发展，以及煤炭科技发展要解决的重大问题：① 煤炭资源（含煤层气）精细勘查与高效开采地质保障；② 东部深厚冲积层下建井综合技术与装备研究；③ 煤矿高效集约化开采技术与机电一体化装备研究；④ 以矿井瓦斯灾害综合防治技术为重点的煤矿安全新技术；⑤ 以“煤基液体燃料”和煤化工多联产为目标的新型煤转化技术；⑥矿区生态环境综合整治与废弃物处理利用技术.     

构造对冲击地压的控制作用及案例分析

从构造形成机制的角度分析构造区的应力环境，并运用矿山压力理论、数值模拟等探讨断层、褶皱、相变诱发冲击地压的机理，并对典型案例进行分析。得出结论：断层、褶皱、相变等构造诱发冲击地压的机理为构造应力与采动应力叠加；将褶皱各部位的受力状态分为5个区，其中向斜轴部、背斜轴部、翼部是冲击地压的易发区；避免应力叠加是防治构造控制型冲击地压的有效途径。     

萤石的晶体化学基因特性量化计算与分子动力学模拟

通过 DFT 量化计算、分子动力学（MD）模拟研究了萤石的晶体化学性质及不同晶面与捕收剂油酸钠（NaOL）的作用构型和作用能等矿物基因特性，阐明了 NaOL 在不同萤石晶面的吸附机制。研究结果表明：萤石的 4 个常见暴露晶面为（111）、（110）、（311）和（100）面，其中（111）面的表面能最小，是萤石最稳定的解理面；萤石（111）面和（100）面有 100% 的 Ca-F 断裂键，NaOL 优先在其晶面以双核双配位最稳定构型产生键合，形成稳定吸附；萤石（110）面和（311）面分别含有 50% 和 17% 的 F-Ca 断裂键，水分子可与 F 原子形成氢键吸附造成晶面亲水，与 NaOL 的键合作用较弱。油酸阴离子在（111）面的作用能最强，而在（110）面的作用能最弱，因此可通过晶面选择性解离来调控萤石的浮选行为。关键词     

天荣矿二2煤储层物性及特征

煤储层物性及特征是煤层气地质理论的重要内容，加强其研究对提高煤层气勘探开发成效至关重要。基于天荣矿地质、煤层气勘探及相关测试等资料，采用地质与煤层气地质理论对该矿二₂煤储层物性及特征进行了研究。结果表明:天荣矿二₂煤层物理性质良好，生烃物质丰富；煤层含煤性、稳定性、可采性好，煤层气含量和纯度高，可为煤层气开发提供良好对象和气源条件；煤变质程度高，煤中裂隙相对发育，但其渗透性整体较差，渗透率分异显著且普遍低下；煤储层能量较强且分异显著，煤储层压力状态为欠压—超压型，并以正常—超压煤储层压力状态为主，有利于煤层气高产富集。     

省级区域多层级一体化国有地方煤矿监管模式优化研究

针对现有市属国有煤矿属地监管中出现的诸多问题，选取重庆市合川区市属国有煤矿属地监管为研究对象；首先，描述了合川区属地煤矿的区级、镇街级的监管机构、安全生产运行状况；其次，分析了当前监管中存在的问题和原因，查找监管薄弱环节以及当前地方政府及监管部门履行属地监管存在的关键问题；再次，提出了深入厘清国家监察和地方监管全责、分类别分层级监管、缓解基层监管人员心理压力、统筹开展综合监察等方面的具体解决措施。通过研究，旨在有效整合监管资源、建立网格化监管体系；完善监管制度设计，合理使用监管手段，优化设计属地监管模式；提升队伍业务能力，提高监管效能；推动市属国有煤矿区域一体化属地监管模式、主动稽查的新思路，进一步提高监管效能。     

不同煤阶煤孔隙特征及其吸附能力响应

我国是煤炭资源大国，煤层气储量规模相当可观，但煤储层又具有低孔、低渗的不足，照搬国外或常规石油天然气的开采程序和方法已被证实是走不通的。应结合实际，根据不同地质条件、不同煤阶的开采程序，进行孔隙特征研究。煤孔隙特征、连通性和吸附能力对煤层气开采影响尤为重要，为研究煤孔隙结构特征随煤变质程度的变化关系及其吸附能力的响应特点，采取不同地区不同变质程度煤样，进行压汞测试和等温吸附实验。实验结果表明，煤孔隙度和平均孔径均随变质程度增加呈现降低—升高—降低的趋势；煤中孔隙连通性随煤变质程度增加逐渐变差；随煤变质程度增加，其最大吸附能力也呈现降低—升高—降低的总体趋势。     

寺河井田3号煤层气成藏条件分析

煤层气成藏过程十分复杂且控制因素多，开展煤层气成藏条件分析是煤层气高产富集区预测，提高煤层气勘探开发成效的基本前提。从煤层气的生成、储集和封盖保存条件3方面对寺河井田3号煤层气成藏条件进行了分析研究。研究结果表明，寺河井田3号煤层气成藏条件良好；成煤过程中，煤中丰富的生烃物质在多期热变质作用下，促使了煤生烃，提高了生烃率和生烃量；煤化程度高，煤中微孔裂隙系统非常发育，为煤层气吸附储集成藏提供了大量空间，吸附动能强、吸附量大；围岩的低孔低渗性、适宜埋深、构造封闭性、地下水弱径流及水力封堵性为煤层气成藏提供了良好的封盖保存条件。     

矿井带式输送机胶带表面异物视频检测系统设计研究

由于煤矿输送带视觉场景噪声高、地下环境复杂，输送带图像的异物识别效率较高。针对煤矿带式输送机存在异物造成输送机损坏的问题，提出了基于SSD技术的带式输送机表面异物视频检测方法。采用深度可分卷积方法减少SSD算法中的参数数量和提高速度；采用GIOU函数计算式代替原始SSD中的位置损失函数，以提高检测精度；对特征映射的提取位置和识别框的比例进行优化，以提高检测精度。实验结果表明，改进算法优于原SSD算法，平均准确率从 87.1% 提高到90.2%，检测帧率从32帧提高到41帧。