煤炭学报

作者：聂百胜, 赵丹, 刘鹏, 王磊, 王大琳, 涂庆毅, 杨靖韬, 朱熹阳,

关键词：碳封存, 纳米压痕, 力学损伤, 微观力学, 劣化机制,

CO2地质封存技术是实现碳减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一，为揭示注入过程中超临界CO2与煤体的相互作用机制及对煤体力学性质的影响规律，利用纳米压痕、XRD、SPM及EPMA综合表征技术，研究了深部煤层ScCO2封存条件下煤体表面形貌、矿物组分及微观力学性能随溶浸时间的变化规律，分析了煤体力学损伤与CO2矿化反应的关联机制。结果表明：ScCO2具有溶剂特性，会与煤体发生溶蚀作用，碳酸盐和硫酸盐相比于硅酸盐具有更高的溶解度和溶解速率，随着浸泡时间的增加，煤中碳酸盐和硫酸盐矿物含量缓慢持续减少。ScCO2溶浸显著改变了煤体微观力学性质，弹性模量和硬度均随ScCO2溶浸作用时间的增加呈指数下降趋势，弹性模量降至原煤的85.71%～90.33%，硬度降至76.07%～84.70%，其中溶浸2 d后煤体弹性模量和硬度衰减最为显著，分别下降超过86.9%和81.2%。由于溶浸过程中部分矿物质被溶解，导致煤体矿物种类和分布较为均一稳定，煤样力学性质均质性增强。在ScCO2溶浸过程中，煤逐渐由弹性变形转变为塑性变形，纳米压痕裂纹迅速拓展，煤表面微观形貌损伤严重，蠕变变形量线性增加。溶蚀反应对煤体孔隙结构的改变和煤体弹−塑性的转变，增强了纳米压痕载荷曲线的离散性，造成弹出事件发生频率增加。研究可为煤层气增产开发、深部煤层CO2储存安全性评估提供科学依据。

来源：2025年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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