基于核磁共振技术的煤体微观孔隙结构研究
Study on Microscopic Pore Structures of Coal Based on Nuclear Magnetic Resonance Technology
-
摘要: 为了了解煤样的微观孔隙结构特征，应用核磁共振技术（NMR）对煤样孔隙类型、连通性、孔径分布等特性进行分析，结合X射线衍射（XRD）和计算机断层（X-CT）扫描测试结果探究了煤样的物相组成、矿物质成分及表观形貌特征。结果表明：测试煤样含有多种矿物质成分，主要为高岭石、方解石和黄铁矿等，矿物质主要夹杂在煤样割理系统中；NMR测试的横向弛豫时间T2谱呈典型的三峰曲线，依照0.5～5 ms, 5～100 ms,和>100 ms的弛豫时间区间可将煤样内部孔隙类型对应为吸附孔、渗流孔和扩散孔；所测煤样的T2截止值在10～20 ms之间，表明具有高度发育的微观孔隙和较为发育的中孔结构；NMR的测试结果与CT扫描的三维可视化分析结果相吻合，证实样品具有较高的非均质性。NMR技术能较好弥补CT扫描在微孔观测中的不足，呈现出更为具体的煤样内部微观孔隙特征。
-
关键词:
- 核磁共振(NMR) /
- 孔隙结构 /
- 计算机断层扫描(X-CT) /
- 弛豫时间 /
- 孔径分布
Abstract: To study the microscopic pore structure characteristics of coal, the pore types, connectivity and pore size distribution features of coal samples are monitored by nuclear magnetic resonance (NMR). Combining the results of X-ray diffraction (XRD) and co-mputed tomography(CT) scanning, the internal phase composition, mineral composition and pore morphology of coal are also sum-marized. Results show that: various mineral compositions are found in the investigated coal, including kaolinite, calcite and pyrite; the minerals mainly include in the coal cleat system; the spectrum of T2 transverse relaxation time of the tested coal is a typical triplet curve; according to the T2 value, three times intervals of 0.5 ms to 5 ms, 5 ms to 100 ms, and >100 ms represent the features of adsorption pores, seepage pores, diffusion pores, respectively. The T2 cutoff value falling in the range of 10 ms to 20 ms demonstrates that the measured samples have a highly developed microscopic pores and a relatively developed pore structure. The test results of NMR are consistent with the results of 3D visualization analysis of CT scanning, and NMR can make up the deficiency of CT scanning on the micro scale by showing the internal pore characteristics of coal samples. -
-
[1] 张晓辉，康志勤，要惠芳，等.基于CT技术的不同煤体结构煤的孔隙结构分析[J].煤矿安全，2014，45（8）：203-206. [2] 孟杰，杨程涛，王洪盘，等.基于煤体结构的瓦斯运移产出特征研究[J].煤矿安全，2015，46（5）：4-7. [3] 杜新锋.不同煤体结构煤储层煤层气排采中渗透率变化规律研究[J].煤矿安全，2015，46（6）：8-11. [4] 乔伟，张小东，简瑞.不同煤体结构特征对比研究[J].煤炭科学技术，2014，42（3）：61-65. [5] 司书芳，王向军.煤的粒径对肥煤和气煤孔隙结构的影响[J].煤矿安全，2012，43（12)：26-29. [6] 高飞.构造煤微观结构与甲烷吸附相关性研究[D].焦作：河南理工大学，2011. [7] 姚艳斌，刘大锰，蔡益栋，等.基于NMR和X-CT的煤的孔裂隙精细定量表征[J].中国科学:地球科学，2010，40（11）：1598-1607. [8] Yao Y， Liu D， Che Y， et al. Petrophysical characterization of coals by low-field nuclear magnetic resonance （NMR)[J]. Fuel， 2010， 89（7）：1371-1380. [9] Patrick A. C. Gane， Cathy J. Ridgway， Esa L， et al. Comparison of NMR Cryoporometry， Mercury Intrusion Porosimetry， and DSC Thermoporosimetry in Characterizing Pore Size Distributions of Compressed Finely Ground Calcium Carbonate Structures[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research， 2004， 43（43）：7920. [10] Harmer J， Callcott T， Maeder M， et al. A novel approach for coal characterization by NMR spectroscopy: global analysis of proton T1 and T2 relaxations[J]. Fuel, 2001, 80（3）：417-425. [11] 郑贵强， 凌标灿， 郑德庆，等. 核磁共振试验技术在煤孔径分析中的应用[J]. 华北科技学院学报， 2014（4）：1-7. [12] 顾兆斌， 刘卫， 孙佃庆，等. 2D NMR技术在石油测井中的应用[J]. 波谱学杂志， 2009， 26（4）：560. [13] 白何领， 潘结南， 赵艳青，等. 不同变质程度脆性变形煤的XRD研究[J]. 煤矿安全， 2013， 44（11）：12. -
期刊类型引用(30)
1. 王智聪，张军. 矿井钻孔轨迹测量实时监测技术. 能源与环保. 2025(01): 102-106 . 
百度学术
2. 宫浩. 基于STM32的煤矿电磁波随钻测量单元设计. 煤炭技术. 2025(04): 239-242 . 百度学术
3. 王小波，张鹏. 无线电磁波随钻测量系统的发展与展望. 地质装备. 2024(01): 11-17 . 百度学术
4. 王小波，张鹏. 本安型电磁波随钻系统现状与展望. 陕西煤炭. 2024(05): 89-93 . 百度学术
5. 田宏亮，张金宝，王力，方俊，王建强. 煤矿井下碎软煤层气动定向钻进技术与装备研究. 煤田地质与勘探. 2024(06): 154-165 . 百度学术
6. 王小波. 智能自诊断多用途钻孔轨迹测量仪的研制. 煤矿机械. 2024(08): 61-64 . 百度学术
7. 刘振新，孙宏晶，杨怀俊，翟育峰，安茂国，田志超，杨芳. 电磁波随钻测量系统在兰陵铁矿钻探工程中的应用. 地质装备. 2024(S1): 168-175 . 百度学术
8. 徐林. 深部丛式井电磁随钻测量信号传输. 世界石油工业. 2024(06): 98-105 . 百度学术
9. 盛树平，程健维，罗望. 膨润土基微泡瓦斯钻孔液制备及数值模拟研究. 煤炭工程. 2024(12): 125-132 . 百度学术
10. 马丁，王毅，王力，张威斌，张仲宝，张振勇. 定向钻进技术在断层发育矿井瓦斯抽采中的应用. 煤炭技术. 2023(01): 188-192 . 百度学术
11. 郝世俊，褚志伟，李泉新，方俊，陈龙，刘建林. 煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势. 煤田地质与勘探. 2023(09): 10-19 . 百度学术
12. 范强，张幼振，陈龙，陈果，杨冬冬. 煤矿井下定向钻探数字化平台技术研究. 煤矿安全. 2023(10): 212-218 . 本站查看
13. 田小超，蒋必辞. 随钻伽马测井探管节电降功耗控制方法与系统设计. 煤矿安全. 2022(01): 161-166 . 本站查看
14. 郭爱军，汪凯斌，李雄伟. 矿用电磁波随钻测量仪的研制及其应用. 电子设计工程. 2022(05): 76-79+84 . 百度学术
15. 李兆杰，王宏睿，刘如珍. 矿山钻进作业中更换临时光缆技术研究. 世界有色金属. 2022(12): 214-216 . 百度学术
16. 王小龙. 煤矿瓦斯抽采钻孔轨迹三维可视化及偏移规律研究. 地球物理学进展. 2022(04): 1764-1768 . 百度学术
17. 王力，姚宁平，姚亚峰，王毅，张杰，方俊，魏宏超. 煤矿井下碎软煤层顺层钻完孔技术研究进展. 煤田地质与勘探. 2021(01): 285-296 . 百度学术
18. 徐林，邵春. 煤矿井下电磁随钻测量水平钻进信号强度预测. 煤炭工程. 2021(04): 141-146 . 百度学术
19. 王小波. 矿用电磁波随钻测量系统在定向钻进中的姿态校准. 地质装备. 2021(03): 27-31 . 百度学术
20. 孙利海. 碎软煤层空气定向钻进工艺最小供风流量. 煤矿安全. 2021(07): 175-180 . 本站查看
21. 谷丽东，汪凯斌，赵佳佳. 矿用电磁随钻测量装置及应用. 煤矿安全. 2021(09): 136-141 . 本站查看
22. 李智，郑士田，石志远，王宇航. 极软中厚煤层越界开采区老空水害防治技术. 煤田地质与勘探. 2021(06): 167-174 . 百度学术
23. 王小波. 无线电磁波随钻测量系统姿态精度的影响因素分析. 煤田地质与勘探. 2021(06): 258-264 . 百度学术
24. 石智军，姚克，姚宁平，李泉新，田宏亮，田东庄，王清峰，殷新胜，刘飞. 我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望. 煤炭科学技术. 2020(04): 1-34 . 百度学术
25. 李桂兴. 载波通信原理的电磁波随钻测量技术研究. 数码世界. 2020(08): 29-30 . 百度学术
26. 田小超，王博，李渊. 矿用电磁波随钻测斜仪在松软煤层钻进中的应用研究. 中国煤炭. 2020(08): 53-56 . 百度学术
27. 雷晓荣. 一种网络式矿井钻孔姿态测量系统设计. 电子设计工程. 2020(19): 1-6 . 百度学术
28. 王永龙，陆云飞，王振锋，孙玉宁，刘春，宋维宾. 松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制. 煤炭学报. 2020(09): 3186-3194 . 百度学术
29. 李晓明，韩健，姚亚峰. 煤矿用窄体小型履带式定向钻机. 煤矿安全. 2020(11): 142-145 . 本站查看
30. 任卫峰. 井下随钻测量定向钻进探究. 能源与节能. 2019(12): 104-105 . 百度学术
其他类型引用(3)
计量
- 文章访问数:
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 33
下载:
