综放工作面煤岩近红外光谱特征与机理

为研究综放工作面不同赋存位置的煤与岩石近红外光谱曲线特征和吸收机理,从同煤集团塔山矿综放工作面采集煤与岩石钻芯,按赋存位置的差异将煤与岩石钻芯依次分为:3～5号煤层夹矸、2号煤层夹矸、直接顶岩、基本顶岩、3～5号煤层所含煤,2号煤层所含煤,共计六大类、27种煤与岩石试样。在实验室利用AVANTES近红外光谱仪分别获取27种煤与岩石试样在长波近红外波段(1 100～2 500 nm)的反射光谱曲线。通过X射线衍射、X射线荧光、工业分析等实验手段分别测定煤与岩石试样的矿物成分、元素含量、工业成分含量。同时为研究煤与岩石光谱曲线特征差异的普适性,依次采集山西、山东、宁夏、内蒙古等矿区的22种煤与岩石试样,并分别获取其在长波近红外波段(1 100～2 500 nm)的反射光谱曲线。通过对塔山矿综放工作面煤与岩石试样的光谱特征和吸收机理以及不同矿区煤与岩石试样的光谱特征研究表明:①煤层夹矸与顶板岩相比,煤层夹矸的吸收特征和曲线斜率绝对值偏小,主要是因为煤层夹矸中相对较多的不透明炭质物质遮蔽了无机离子在其特征波长处的吸收特征。虽然煤中基质(主要是C,H,O元素组成的有机物)是其矿物的5.3倍,但是有机基团在近红外波段没有明显的吸收特征,且大量不透明炭质物质遮蔽了无机离子在近红外波段的吸收特征,使得煤的光谱曲线较为平滑且呈上升趋势。②煤与岩石光谱曲线的差异特征可用吸收谷深度之和、斜率和凹凸度来描述。