煤炭学报

作者：薛熠, 滕腾, 王林潮, 高峰, 刘冠男, 高亚楠,

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,

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。

来源：2025年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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