安徽省两淮矿区作为中国东部重要的煤炭生产基地,其主要煤系资源(煤层气与煤)赋存于二叠系地层中。因此,本次研究重点关注了两淮矿区煤层气与煤炭资源高值化利用的潜势研究。一方面,稀有气体作为一种高价值资源,在两淮煤层气中的利用研究相对不足;另一方面,将两淮矿区广泛存在的气煤转化为高价值的石墨烯,能够有效提升煤系资源的利用效率和价值。本次研究在淮北矿区芦岭煤矿与淮南矿区某煤矿分别采集了煤层气样品和典型气煤煤样。采用了气相色谱-质谱联用仪和同位素分析仪,测定了煤层气的常规组分(CH₄、N₂和CO₂)含量以及He、Ar的浓度和同位素组成。利用自行组装的化学气相沉积(CVD)装置,以气煤为原料,经过高温无氧热解生成煤焦油,再经过蒸馏分离富集联苯并进行精制,将其作为碳源制备石墨烯。所得石墨烯样品通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)和拉曼光谱进行了表征并验证其质量。研究结果表明,煤层气主要由甲烷(CH₄)组成,平均含量为93.43%。氦气的平均丰度为388.60 ppm,其中幔源氦的贡献份额为2.50%~9.71%;氩气的浓度远低于大气中的氩气浓度(0.934%),平均值为81.73 ppm。拉曼光谱分析显示,由气煤制备的石墨烯G峰与2D峰强度比约为0.5,表明其为高质量的单层石墨烯结构。相较于传统的气态碳源,以固体联苯(源自气煤)作为CVD碳源,在经济效益和操作安全性方面展现出显著优势。本次研究表明,两淮矿区煤层气属于贫氦烃气藏,开发潜力一般,氦气的赋存尚未达到工业开采标准。然而,将气煤转化为石墨烯的方法具有良好应用前景,为煤系资源的高值化利用提供了新的途径。 图[29]表[7]参[178]