本文的主要作者包括 Li Zhao、Ni Guanhua、Sun Lulu 等人，作者单位为山东科技大学矿业与安全工程学院以及山东省与科技部共建矿山灾害预防控制国家重点实验室。这篇研究文章发表在国际期刊《Fuel》上，论文编号为 Fuel 262 (2020) 116513，正式在线发布时间为2019年11月1日。本文的通讯作者为 Ni Guanhua (ngh0101@163.com) 和 Sun Lulu (sun.sdust@sdust.edu.cn)。
煤层气（Coalbed Methane, CBM）作为一种非常规清洁能源，在煤层气的勘探与开采技术研究中越来越受到重视，而中国具备丰富的煤层气资源储量。在煤层气的采集过程中，煤体中的孔隙结构直接影响气体的吸附、解吸、扩散和迁移。煤是一种复杂的多孔介质，包含微孔（<2nm）、中孔（2–50nm）和大孔（>50nm）。研究这些孔隙特性的变化对于提高煤层气的开采效率具有重要意义。
然而，由于煤层低渗透性的特性，增加煤层透气性成为开采的关键技术难点。传统的水力压裂技术能够提高煤层透气性，但也存在水锁效应（Water Block Effect，WBE），即水侵入煤体后可能阻碍气体解吸。近年来，研究发现离子液体（Ionic Liquid, IL）作为新型溶剂，能够有效改变煤的性质。本研究旨在探讨离子液体对低阶煤孔隙结构及分形特性的影响，并为设计新型压裂液提供理论依据。
研究选取了来自东滩煤矿的褐煤样品（根据 GB/T5751-2009 标准判定），取样后密封并送入实验室。煤样研磨至粒径 0.2–0.25 mm，并在真空干燥箱中于 25℃干燥 24 小时。煤样的工业分析结果显示含水率（Mad）为 2.37%，灰分含量（Aad）为 11.31%，挥发分含量（Vad）为 36.33%，固定碳含量（Fcad）为 49.99%。
选择 [BMIM][Cl]（1-丁基-3-甲基咪唑氯化物）作为测试用离子液体，离子液体的结构式展示如论文图1所示。分别配制浓度为 0%、2%、4% 的离子液体溶液。
每份称取 5g 差别处理的煤样，分为原始煤样（未处理）、水处理煤样（仅与水接触）、2% 离子液体处理煤样和 4% 离子液体处理煤样。各处理煤样浸泡 72 小时后，用蒸馏水清洗 3 次，滤出并干燥 12 小时。
通过 Autosorb2 仪器在 77K 的条件下进行氮气等温吸附试验，使用 BET（Brunauer-Emmett-Teller）、BJH（Barrett-Joyner-Halenda）及 DFT（Density Functional Theory）等方法分析煤样的比表面积（Specific Surface Area, SSA）、孔体积与孔径分布（Pore Size Distribution, PSD）。
以 FHH（Frenkel-Halsey-Hill）模型为基础，采用 ln(ln(p0/p)) 和 ln(v) 绘制分形曲线，评估煤样孔隙的表面粗糙度及结构复杂性，分为两段 d1 和 d2 分别描述表面分形维数和结构分形维数。
观察多数大孔（>50 nm）和裂隙结构的定性变化，验证孔型假设。
原始煤样及三个处理后的煤样的氮气吸附/解吸等温线均被归类为 IUPAC IV 型，低压力区域吸附缓慢上升，高压力区域出现陡升，表明存在毛细管凝聚现象。处理煤样均显示不同程度的滞后环，说明孔隙存在半开放状态的楔形孔。
数据表明，离子液体处理煤样的吸附量和比表面积明显高于水处理煤样，且离子液体可改善煤样的孔隙连通性。
原始煤样中大孔极少，孔隙多被矿物填充。水处理煤样的部分矿物被侵蚀，孔径有所增长，但裂隙基本孤立。离子液体处理后，则观察到大量互联裂隙，矿物颗粒被明显破碎，形成了宽度更大的孔隙网络。