地下气化过程中煤体孔隙结构演化的核磁共振研究
薛熠1
滕腾2
王林潮3
高峰3
刘冠男3
高亚楠3
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000832.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 1000833.中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：在全球能源结构转型与"双碳"目标背景下,煤炭地下气化(UCG)被广泛视为深部难采煤资源实现原位高效转化与清洁利用的战略路径.UCG过程中,煤体结构在高温及多阶段化学反应(如干燥、热解、气化、氧化)作用下持续演变,孔隙结构的变化对气化剂渗流行为与合成气产率具有重要影响.为揭示热作用条件下煤体孔隙结构的响应机制,基于低场核磁共振(NMR)技术,系统研究了不同气氛(氮气与空气)及加热温度(200、300、400 ℃)对煤样孔隙率、孔径分布与孔隙连通性的影响规律.结果表明,热作用促进孔隙的扩展和连通,表现为横向弛豫时间谱峰值整体增强,尤以中孔与大孔增幅最为明显.相同温度下,空气气氛下热作用效果优于氮气气氛.空气气氛下热作用提高了煤样的孔隙率,其增长率高于氮气气氛,在400 ℃时,空气气氛下孔隙率增长率达到90.04％,远高于氮气气氛下的65.24％.同时,随着热作用温度的升高,煤样的孔隙结构发生了显著变化,微孔的占比下降,中孔和大孔的占比增加.热作用促进了孔隙连通性的增强,有利于提升煤体渗透能力.在空气气氛下,400 ℃时煤样的有效孔隙率达到19.17％,占总孔隙率的75.56％,高于氮气气氛下的15.56％,占比70.53％.此外,随着热作用温度的升高,大孔和中孔的分形维数呈下降趋势,表明热作用处理使煤样的孔隙结构更加规则,连通性与渗透性同步增强.在空气气氛下的热作用处理过程中,煤样经历了干燥、气化和燃烧等多个阶段,导致其内部结构破坏更为严重.
关键词：煤炭地下气化核磁共振热作用孔隙结构分形维数渗透性
分类号：TD849(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52004285)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2025ZKPYNY03)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 3742-3759 )
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