为进一步总结、凝练我国矿井瓦斯抽采防治成果，充分发挥科技期刊在服务创新驱动发展战略，发现和培养科技人才，弘扬科学家精神等方面的重要作用。《煤炭科学技术》邀请李树刚教授担任客座主编，林海飞教授担任客座编辑，策划组织年第5期“深部煤层瓦斯精准抽采”专题。
杨明教授撰写题为《中阶煤孔隙结构的氮吸附-压汞-核磁共振联合表征研究》的论文。该论文为精确表征中阶煤储层的孔隙特征，以不同煤阶的4组煤样为研究对象，采用压汞、液氮吸附及核磁共振等试验方法，对其特征参数进行定量研究。
个人简介杨明，教授，博士后，国家注册安全工程师，安全评价师。现任河南理工大学安全科学与工程学院副院长，中国职业安全健康协会通风安全与健康专业委员会青年常委，《中国安全科学学报》、《安全与环境学报》青年编委。主要从事通风与瓦斯灾害防治方向教学科研工作，主持及参与完成国家自然科学基金、课题、国家重点研发计划课题等科研项目和企业委托课题30余项。授权发明专利6项，发表学术论文40余篇。研究成果获得国家教学成果二等奖1项，河南省科技进步一等奖1项，省部级二、三等奖各2项。
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摘要为精确表征中阶煤储层的孔隙特征，以不同煤阶的4组煤样为研究对象，采用压汞、液氮吸附及核磁共振等试验方法，对其特征参数进行定量研究。结果表明，煤储层是以微小孔为主、中孔次之、大孔最少，微小孔为比表面积与孔容积的主要贡献者。中阶煤的孔容积为(3.19～5.21)×10-2mL/g，比表面积为6.25～9.81m2/g，孔隙度为5.%～8.%，渗透率为(0.～1.)×10-3μm2。肥煤与焦煤的孔隙是以开放性孔为主，瘦煤与贫煤的孔隙以封闭或半封闭型孔为主；肥煤微小孔隙多为平行板孔，焦煤与瘦煤为双锥管孔或锥形孔，贫煤为尖劈形孔或圆筒孔。随着煤阶的升高，微小孔、吸附孔喉占比逐渐增大，中大孔、渗流孔喉占比逐渐减小，孔隙之间连通性越来越差，渗透率逐渐降低。随着煤阶的降低，比表面积逐渐减小，有效孔隙度逐渐增大，残余孔隙度逐渐减小，孔容积、总孔隙度呈现出先减小后增大的趋势。
引言
煤储层的孔隙特征决定了煤层气的赋存状态、吸附/解吸及渗流等过程，不仅影响煤层气的含量，而且对其勘探开发有重要作用。目前我国的煤层气开发利用主要集中于高阶煤层，低阶煤层气产业近年来也取得了长足进展，而中阶煤层气的开发利用尚处于探索阶段，原因在于煤储层的结构复杂，储集空间不清楚。所以，煤层孔隙精细表征的研究对其煤层气勘探开发有重要的指导意义。
1煤样的采集与制备
中阶煤的镜质体反射率(Ro)为0.6%～2.0%，一般可划分为肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤。因此，笔者选取具有代表性的平顶山四矿肥煤、鹤壁首山一矿的焦煤、平顶山十矿的瘦煤及长治余吾矿的贫煤为研究对象。首先，采集4个矿的块状原煤，将新鲜块煤切割成?25mm×50mm的柱状煤样；然后，将剩余原煤加工为粒径3～6mm和0.18～0.25mm的煤样若干，如图1所示。将筛选出粒径0.18～0.25μm的煤颗粒，按照GB/T—2《煤的工业分析方法》进行工业分析。同时，对柱状煤样进行饱水、离心等处理，测量相应的质量，详细的煤样物性参数见表1。
2试验方法
采用国际上通用的IUPAC分类方法，此方案对孔裂隙的分类为：微孔(10nm)、过渡孔(10～nm)、中孔(～0nm)、大孔(0nm)，应用压汞法、液氮吸附法和核磁共振法分析煤的孔隙结构特征。
2.1高压压汞试验采用AutoPore型全自动压汞仪(最大工作压力为28MPa，可测量孔径为5～nm)进行高压压汞试验测。将4组不同煤阶的煤样(3～6mm)放入恒温干燥箱(温度75℃，时间12h)干燥，待冷却至室温后，按照GB/T.1—2《压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度》完成试验，得到孔容积、比表面积、孔隙度等参数。
2.2液氮吸附试验采用ASAPM型全自动化比表面积及孔径分析仪(孔隙直径可测试2～nm，比表面积测定下限为0.m2/g)测定煤样的孔隙参数。将4种不同煤阶的煤样(0.18～0.25mm)，然后放入恒温干燥箱(℃)干燥12h，冷却室温后放入加热包中脱气去除杂质，放于试验装置进行测定，得到孔容积、比表面积等参数。
2.3核磁共振试验采用MesoMR23-H-I型低场核磁共振仪(共振频率为21.MHz，磁体温度控制为32±0.01℃，磁场强度0.5T，孔隙直径为4～0nm)测定煤样的孔隙参数。将4种不同煤阶的煤样(?25mm×50mm)依次进行不同状态(干燥、饱水及离心)下的核磁测试，可得出相应的孔径分布、孔喉分布等参数。
3试验结果与分析
3.1孔隙特征1)孔隙形态分析。
2)孔隙类型特征分析。
3.2孔容积特征由试验仪器的相关参数可知，在表征煤样的孔隙结构特征时，压汞法可将孔径划分为微孔(5～10nm)、小孔(10～nm)、中孔(～0nm)及大孔(0～nm)而液氮吸附法将孔径划分为微孔(2～10nm)、小孔(10～nm)及中孔(～nm)(表2)。
3.3孔比表面积特征煤样比表面测试结果见表3，由表3可知，试验煤样在不同测试方法下的微孔、小孔、中孔及大孔的孔隙比表面积及其占比存在明显差异。采用高压压汞法，煤的比表面积为3.61～6.78m2/g，且随着煤阶的增加，其总比表面积呈现先减小后增大的趋势。
3.4孔径分布特征分析1)孔径分布特征。
2)孔喉分布特征。
3.5孔隙度及渗透率特征1)孔隙度表征。
2)渗透率表征。
4结论
1)压汞法与液氮吸附法测试煤样孔径分布的结果有明显差异。利用联孔原则将压汞法与液氮吸附法进行结合，发现中阶煤的孔容积为(3.19～5.21)×10-2mL/g，且随着煤阶的增大呈现出先减小后增大的趋势；比表面积为6.25～9.81m2/g，且随着煤阶的增大逐渐增大。
2)煤储层是以微小孔为主、中孔次之、大孔最少，微小孔为比表面积的主要贡献者。进-退汞曲线反映出肥煤与焦煤的孔隙是以开放性孔为主，瘦煤与焦煤的孔隙以封闭或半封闭型孔为主；吸附与脱附曲线反映出煤样微小孔隙特征，肥煤为平行板孔，焦煤与瘦煤为双锥管孔或锥形孔，贫煤为尖劈形孔或圆筒孔。
3)中阶煤的孔隙度分布在5.%～8.%，随着煤阶的减小，有效孔隙度逐渐增大，残余孔隙度逐渐减小，总孔隙度呈现先减小后增大的趋势；中阶煤渗透率处于(0.～1.)×10-3μm2，随着煤阶的增加，微小孔、吸附孔孔喉占比逐渐增大，中大孔、渗流孔孔喉占比逐渐降低，孔隙之间连通性越来越差，渗透率逐渐降低。
引用格式杨明，柳磊，刘佳佳，等.中阶煤孔隙结构的氮吸附-压汞-核磁共振联合表征研究[J].煤炭科学技术,,49(5)：67-74.
YANGMing,LIULei,LIUJiajia,etal.Studyonjointcharacterizationofporestructureofmiddle-rankcoalbynitrogenadsorption-mercuryintrusion-NMR[J].CoalScienceandTechnology，，49(5)：67-74.
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责任编辑:郭鑫
编辑整理：赵泽维
审核：杨正凯
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