本文以宿县矿区构造煤为重点研究对象,结合煤的高温高压变形实验,紧密围绕构造煤中矿物与元素的动力分异特征与机理的核心科学问题展开系统研究。揭示了构造煤有机质的动力变质作用与矿物的变形、变位与变质的内在联系及其对应力-应变的响应特征,进一步阐释了元素的应力敏感性特征及造煤中元素的迁移变化机理,为煤与瓦斯突出预测提供了新的思路及途径,本文取得了以下主要成果。(1)揭示了不同序列构造煤形成的应力-应变环境。脆性变形构造煤多形成于高应变速率的挤压、拉张或剪切应力环境,脆-韧性变形构造煤多形成于强烈的剪切应力环境,韧性变形构造煤多形成于低应变速率的挤压或剪切应力环境。从超微观角度揭示了构造煤脆、韧性变形机理,与脆性变形作用相比,韧性变形作用通过将机械能转化为应变能,促进了煤分子发生结构松弛作用并产生可移动分子相,使得煤体塑性增强,更容易发生韧性变形;煤高温高压模拟实验结果表明宿县矿区低煤级烟煤发生脆、韧性变形转换的条件为温度100~200?C,差应力100~150MPa。(2)从复合煤分子结构模型出发,揭示了构造煤分子结构演化路径与机理。构造煤分子结构演化主要包括松弛作用与重排作用,脆性变形构造煤分子结构中弱键结合力优先断裂,煤交联网络分子结构的松弛作用占主导地位;脆-韧性及韧性变形构造煤中分子结构的重排作用显著增强,一方面是由于剪切应力对动力变质具有更显著的促进作用,另一方面韧性变形作用通过将机械能转化为应变能更有利于分子结构演化。(3)阐释了构造煤中矿物的变形、变位及变质特征。随着构造煤变形强度增加,矿物在机械破碎与研磨作用下粒径减小,磨圆度增加,在压剪应力作用下矿物不仅形貌特征被改变,也发生了局部迁移聚集作用。此外,构造应力作用使得物质代入作用增强(尤其在断层面附近),导致煤中矿物发生机械混杂作用,粘土矿物作为应力敏感矿物的代表,在应力作用下不仅物理结构被改变,化学结构也发生规律性演化;此外,应力改性作用还增强了粘土矿物吸附元素的能力。(4)揭示了煤有机质的组成元素及具有有机亲和性元素的动力分异机制。应力作用下构造煤化学结构动力变质作用一方面通过杂原子官能团的降解作用使得有机质组成元素含量发生变化;另一方面,构造煤分子结构的演化作用虽然并未引起有机常量元素含量的变化,但通过改变原子间的连接与组合方式,使元素的赋存状态发生规律性变化;此外,杂原子官能团作为有机结合态微量元素的重要吸附位点,应力作用下的降解导致相关微量元素发生迁移变化。(5)阐释了具有无机亲和性的元素迁移变化的影响因素,指出矿物的应力诱导混入、局部动力迁移及动力变质为无机亲和性元素迁移变化的主要作用类型。应力诱导混入作用通过影响裂隙充填矿物的分布来控制元素的迁移变化;局部动力迁移作用通过煤体流变作用使矿物局部运移,导致与矿物相关的元素也发生迁移变化,并在特定位置富集;矿物动力变质作用则通过应力作用下矿物化学结构的演化控制元素的迁移散失与富集。(6)筛选出应力敏感元素,并将其划分为富集型与散失型两种类型,揭示了构造煤孔隙结构特征与富集和散失型应力敏感元素分布特征的内在联系,认为应力敏感元素的迁移富集在一定程度上对构造煤的发育与分布具有指示意义,为煤与瓦斯突出预测提供了新的思路与途径。该论文有图211幅,表32个,参考文献390篇