煤层注水防突的微观作用机理初步研究

论文摘要

为了深入研究煤层注水的防突作用机理，本文在对国内外学者对煤层注水防治煤与瓦斯突出机理研究的基础上，采用量子化学计算方法在B3LYP/6-31G*（6-31g（d））水平下对煤分子中特征结构与甲烷和水分子相互作用进行研究，并用分子中的原子理论与自然键轨道理论等理论对计算结果进行分析，从而探讨煤层注水的微观作用机理。研究表明，煤分子中苯甲醛类结构中的环酮结构与甲烷分子和水分子相互作用比其与甲烷分子单独作用强，从而在分子水平上研究了煤层注水对煤与瓦斯相互作用的影响。从微观角度解释煤层注水可以促进煤表面瓦斯的解吸，但同时煤中的水会使煤表面瓦斯的解吸达到一个稳定态，使煤表面的瓦斯不会大量、快速的解吸，从而达到防突的作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 煤层注水作用机理研究现状
• 1.2.2 量子化学计算在煤化学中的研究进展
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 理论基础与计算方法
• 2.1 密度泛函理论（DFT）
• 2.2 完全均衡校正法（CP）
• 2.3 自然键轨道理论（NBO）
• 2.3.1 自然集居分析
• 2.3.2 自然杂化轨道（NHO）理论分析
• 2.3.3 电子给、受体间键相互作用
• 2.4 分子中的原子理论（AIM）
• 2.5 氢键理论
• 2.6 Guassian 03 理论
• 2.7 Gaussian 软件简介
• 3 煤分子中苯甲醛类结构与甲烷分子相互作用的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 复合物的几何结构和性质特征
• 3.3.2 复合物临界点处的电子密度拓扑性质
• 3.3.3 密立根电荷分析
• 3.3.4 复合物的偶极矩及相互作用能
• 3.3.5 复合物的 NBO 分析
• 3.3.6 复合物的相关振动频率及红外光谱分析
• 4 煤分子中苯甲醛类结构与水分子相互作用的理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 几何特征和相互作用能
• 4.3.2 复合物Ⅱ键临界点处的电子密度拓扑性质
• 4.3.3 复合物Ⅱ的偶极矩
• 4.3.4 复合物 2 的 NBO 分析
• 4.3.5 复合物的相关振动频率及红外光谱分析
• 结论
• 参考文献
• 附表 1 苯甲醛结构的笛卡尔坐标
• 附表 2 甲烷分子的笛卡尔坐标
• 附表 3 水分子的笛卡尔坐标
• 附表 4 苯甲醛与甲烷相互作用形成的复合物Ⅰ的笛卡尔坐标
• 附表 5 苯甲醛与水相互作用形成的复合物Ⅱ的笛卡尔坐标
• 作者简历
• 学位论文数据集