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天后煤体弹性模量和硬度值衰减最为显著，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。本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。

1 实验研究
1.1 样品的采集和制备
1.2 实验过程
1.2.1 非均质性检验实验
2溶浸实验'>1.2.2 ScCO2溶浸实验
1.2.3 XRD实验
1.2.4 纳米压痕实验
2 结果及分析
2溶浸对煤中矿物组分的影响'>2.1 ScCO2溶浸对煤中矿物组分的影响
2.2 煤体微观力学性质变化
2.2.1 力学参数分析
2.2.2 煤样蠕变特性分析
2.2.3 加载-位移曲线中弹出事件分析
3 讨论
4 结论

聂百胜,赵丹,刘鹏,等.基于纳米压痕和XRD-EPMA技术的超临界CO2注入煤体力学损伤演化机制[J/OL].煤炭学报,1-17[2024-12-13].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.WK24.1014.