《表2 煤中不同缺陷的形成能和吸附能》

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《构造煤分子结构的动力损伤对瓦斯吸附的影响》

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图4（a）为表面没有缺陷的芳香片层初始构型，六元环上C—C键均匀分布。图4（b）为初始构型表面引入了SW结构缺陷，该缺陷由C—C键在平面内旋转90°所产生，4个六边形转化为2个五边形和2个七边形。SW缺陷形成后芳香片层的分子结构没有变化，外力施加下仅是化学键发生了结构调整，改变了原有几何形状且未发生断裂，宏观上表现为韧性变形[26]，分子变形键中储存了78.591 kcal/mol能量（表2），系统新储存的能量导致部分C—C键被拉长，部分被压缩，电子密度局部呈不均匀分布。其余几类缺陷形成能的计算结果也在表2中列出。图4（c）为SV结构缺陷，与SW缺陷不同，该缺陷受构造应力挤压或拉伸作用丢失了1个碳原子，3个六元环重组成了1个凹九边形和1个五边环。SV结构缺陷的形成能为94.479 kcal/mol，高于SW缺陷，推测与缺陷中存在不协调原子有关。图4（d）为DV结构缺陷，在挤压或拉伸应力下缺失了2个相邻原子，产生1个八边形和2个五边形。DV结构缺陷的形成能为112.592 kcal/mol，整体高于SV结构缺陷，但缺失一个碳原子的形成能为56.296 kcal/mol，低于SV结构缺陷。SV和DV缺陷均是在外力作用下丢失碳原子而形成，煤中有机结构的连续性被破坏，也由此产生了纳米级缺陷孔隙，宏观上表现出脆性变形特征。图4（e），（f）分别为MV1和MV2结构缺陷。MV1结构缺陷是由DV结构缺陷中的八元环旋转形成，与DV缺陷具有相同的分子式，MV1结构缺陷的形成能为129.261 kcal/mol。MV2结构缺陷通过旋转MV1缺陷中的七元环而得到，2者碳原子数相同，MV2结构缺陷的形成能为116.911 kcal/mol。由上述分析可以看出，MV1和MV2结构缺陷均是由DV缺陷演化而来，碳含量未变，但纳米级微孔数量明显增加，模型化合物的连续性未遭到破坏，符合韧性变形特征。