【摘 要】
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随着能源需求的不断增加,常规能源供不应求的现象与日俱增,能源结构逐渐向低碳化转型。我国低变质煤层储量丰富,针对低变质煤层开采难度大、利用价值低等特点,太原理工大学赵阳升院士团队提出了原位注热蒸汽开采理论,以山西能源转型为背景,基于原位改性理论,本文以低变质煤中长焰煤为研究对象,通过低温液氮实验、高压压汞实验、精细显微CT扫描及数值模拟方法对不同温度过热水蒸汽热解长焰煤的孔裂隙结构进行了研究,得到以
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随着能源需求的不断增加,常规能源供不应求的现象与日俱增,能源结构逐渐向低碳化转型。我国低变质煤层储量丰富,针对低变质煤层开采难度大、利用价值低等特点,太原理工大学赵阳升院士团队提出了原位注热蒸汽开采理论,以山西能源转型为背景,基于原位改性理论,本文以低变质煤中长焰煤为研究对象,通过低温液氮实验、高压压汞实验、精细显微CT扫描及数值模拟方法对不同温度过热水蒸汽热解长焰煤的孔裂隙结构进行了研究,得到以下主要结论:（1）根据低温液氮测试和高压压汞测试,可将热解分为三个阶段,第一阶段为25℃-300℃温度段,这一阶段随着热解温度的增加,孔隙多呈现半封闭状态,热解作用的不充分导致孔隙间的连通性较差;第二阶段为300℃-400℃温度段,这一阶段长焰煤试样内部有机质逐渐热解,半封闭状态的孔隙逐渐转化为半开放性或者开放性孔隙,测试曲线中滞后回线的增大说明了孔隙开放程度增加;第三阶段为500℃-550℃温度段,这一阶段测试曲线中的滞后回线最为明显,开放性的孔隙类型占据主导地位,开放性孔隙的存在证明了热解温度越高,孔隙通道的发育越良好。（2）综合分析不同测试方法下的孔径分布规律,热解温度低于300℃时,孔隙的比表面积、孔体积等参数均没有明显的变化,孔径分布较为均匀,差异性较小;当热解温度达到400℃时,孔径分布的不规律现象明显,微孔—小孔比表面积、孔体积参数降低,中孔及大孔孔体积增加,且孔径之间的差异显著,说明了热解作用下部分微孔—小孔向中孔—大孔转化;热解温度高于500℃时,这一现象愈加明显,高温热解有利于微小孔隙向大孔隙及裂隙转化。（3）计算不同热解温度作用后长焰煤试样的分形维数,发现0-10000nm范围内的孔隙具有明显的分形特征,分形计算结果表明,热解温度越高,孔隙发育程度愈加完全,气体吸附能力降低的同时,流动能力增强,热解通道的扩展发育不仅增大的热解面积,还为热解产物以及蒸汽的运移提供了便利条件。（4）将300℃热解温度定义为长焰煤热解阈值温度点,当热解温度低于300℃时,试样内部自由气体、水分的散失以及有机质的不充分热解为微孔—小孔的发育提供了条件,增加了孔隙内部气体的吸附能力;当热解温度高于300℃时,有机质的充分热解增加了孔隙的发育,连通性较差的孔隙逐渐开放、贯通。（5）精细显微CT扫描结果显示,热解温度高于400℃时,二维CT图像和孔隙三维空间结构中才会出现贯穿水平层理的裂隙,通过对长焰煤试样水平层理方向和垂直层理方向流体运移通道模拟结果,得到热解温度400℃时水平层理方向裂隙贯穿的阈值温度,当热解温度高于400℃时,水平层理方向才产生贯穿的裂隙网络,形成流动通道,当热解温度高于500℃时,垂直层理方向才形成贯穿试样体积的裂隙通道,才能形成稳定且连续的流动通道。
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