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。     

哈尔乌素矿区6号煤FTIR特征

采用傅里叶变换红外光谱仪对采自哈尔乌素矿区6号煤层中的4个样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对红外光谱曲线的分峰拟合,可以得到样品中官能团种类与含量的信息。结果表明:哈尔乌素矿区6号煤中苯环二取代是芳香烃的主要结构;亚甲基、甲基、次甲基含量依次降低,煤中烷基侧链较多,支链化程度高;羟基的主要存在形式是自缔合羟基氢键;在醚氧、羰基和羧基三种含氧官能团中,醚氧的含量最高。通过对样品红外结构参数和最大镜质体反射率之间相关性的探讨,发现红外结构参数的变化与煤化作用过程第一次跃变的发生存在密切关系。     

沁水盆地北部中高煤阶煤结构的FTIR特征研究

为了研究中高煤阶煤中官能团的变化特征,以采自沁水盆地北部不同变质程度的10个煤样为研究对象,采用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对FTIR曲线分峰拟合,可以获得煤中脂肪结构、含氧官能团和芳香结构的相对含量。研究结果表明:中高煤阶煤中,脂肪结构含量较低;芳香结构中,只有一个邻近氢原子的芳香环含量最高,芳香结构被替代的程度高;含氧官能团中,醚氧逐渐成为含量较高的含氧官能团,表明以醚氧形式存在的氧原子稳定性强。通过对煤样的最大镜质体反射率R_(max)进行测试,探讨样品红外结构参数与R_(max)的相关性,发现随R_(max)(1.1%～2.7%)的增大,芳香度增大,芳香结构的缩聚程度增加,反应生烃潜力的‘A’因子降低,表明在此阶段煤化作用的结果是芳香烃类物质增多。     

坐骑式割草机后翻工况驾驶员伤亡程度的研究

针对坐骑式割草机在坡道后向作业时容易发生倾覆与翻滚造成驾驶员伤亡的问题,采用Hypermesh建模建立了坐骑式割草机有人作业时的模型,对割草机发生后翻时驾驶员的伤亡程度进行了研究,获得了驾驶员头部、颈部和胸部的损伤值。研究数据显示,坐骑式割草机在后向坡道发生后翻时,驾驶员在两点式安全带的保护下,头部损伤与胸部损伤均在安全阀值范围之内,头部3ms加速度超出安全阀值72.5%,颈部受到的轴向拉力超出安全阀值142.42%。此项研究可以为坐骑式割草机驾驶员保护领域提供理论基础,从而更好地降低驾驶员损伤度,提升坐骑式割草机的市场占比。