废弃煤矿采空区能封存多少CO₂？传统封存理论在这里"失灵"了！近日，辽宁工程技术大学梁冰教授团队在GeoStorage期刊发表题为《CO₂ Storage in Abandoned Coal Mine Goafs: From Conventional Reservoirs to Special Underground Spaces》的综述论文，创新提出多尺度-多物理场耦合理论框架，从微观孔隙损伤到宏观长期稳定性，系统解析采空区CO₂封存的科学挑战与未来方向。欢迎下载、阅读、转发和引用！

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Liu Q, Li JY, Liang B, et al. 2026. CO2 Storage in Abandoned Coal Mine Goafs:From Conventional Reservoirs to Special Underground Spaces. GeoStorage, 2(3),248-257. doi: 10.46690/gs.2026.03.04.

一、研究背景

我国"双碳"目标下，CO₂地质封存是实现深度减排的关键路径。然而，传统封存理论主要基于深部咸水层、枯竭油气藏等"稳定储层"建立，难以直接应用于受采矿活动强烈扰动的废弃煤矿采空区。采空区作为典型的"扰动地下空间"，其复杂多变的结构特征为CO₂封存带来了全新挑战。 

二、核心内容

      废弃煤矿采空区不同于传统储层。传统CO₂地质封存理论建立在连续介质、均质孔隙、稳定盖层等假设之上，适用于深部咸水层、枯竭油气藏等天然稳定储层。然而，采空区是采矿活动形成的典型"扰动地下空间"——采掘过程中围岩破坏、裂隙发育、应力重分布，形成了结构高度非均质、性质持续演化的地下空间。传统储层理论中的"固定参数""静态边界"等假设在采空区中难以成立。

图1 传统储层与废弃煤矿采空区CO₂封存环境对比

      传统封存理论面临三重挑战。首先，采空区内部裂隙网络与不连续结构共同控制CO₂运移路径，固定等效参数模型无法准确刻画实际运移过程；其次，超临界CO₂与地层水、岩石矿物的长期水-岩-CO₂相互作用可能改变孔隙结构和力学性质，进而影响封存稳定性；最后，采空区上覆岩层并非固定封盖边界，而是在采矿扰动、应力调整与CO₂相互作用的耦合下持续演化。

图2 传统封存假设与采空区实际响应特征对比

      三大核心科学问题亟待突破。在微观尺度上，CO₂与岩石的相互作用诱导孔隙结构演化和额外损伤，改变流体赋存空间和运移通道。在介观尺度上，采矿扰动、应力重分布与CO₂耦合作用下，裂隙网络动态演化，渗透率不再是固定参数而是损伤依赖的变量，CO₂运移路径和泄漏范围持续变化。在宏观尺度上，CO₂注入改变地下压力分布，影响岩体应力状态和变形行为，储层-盖层系统在水-岩-CO₂多物理场耦合下呈现长期演化特征。

图3 采空区CO₂封存多尺度演化与反馈机制

      研究提出理论框架转型路径。针对上述挑战，论文提出采空区CO₂封存需要从传统储层理论向"多尺度-多物理场耦合的扰动地下空间理论框架"转变。在实验层面，应建立融合4D原位微CT扫描、数字岩石重建、岩石力学测试和水-岩-CO₂相互作用实验的综合表征体系；在模拟层面，应发展损伤演化-渗透率耦合模型和流-固-化多物理场耦合模型；在评价层面，应建立考虑储层-盖层长期演化的安全性评价方法。

图4 采空区CO₂封存多尺度损伤表征与耦合建模框架

      未来研究方向明确。论文展望了三大前沿方向：一是多尺度原位实验系统，发展4D原位动态观测与跨尺度参数传递方法；二是多物理场耦合模拟，建立考虑损伤演化的流-固-化全耦合数值模型；三是数字监测与智能评价，融合实验数据、数值模拟与人工智能，构建采空区CO₂封存的数字孪生与智能预警系统。最终目标是形成"机理模型+实验数据+智能评价"的综合研究框架，推动废弃矿井地下空间从传统资源开采空间向安全、高效、智能化的低碳利用空间转型。

展望：废弃煤矿采空区CO₂封存研究正从"被动套用传统理论"走向"主动建构扰动空间新范式"。随着原位实验技术、多物理场耦合模拟与人工智能的深度融合，一个集"机理模型—实验数据—智能评价"于一体的综合研究框架有望建立。这不仅将为废弃矿井地下空间的低碳转型提供理论支撑，也将推动我国CO₂地质封存理论从"传统储层"迈向"扰动地下空间"的新纪元，为全球矿山绿色转型与碳中和目标实现贡献中国智慧。

三、作者简介

第一作者/通讯作者：刘强，博士、教授，博士生导师。2020年12月博士毕业于西南石油大学地质资源与地质工程专业，同年12月入职辽宁工程技术大学力学与工程学院，主要从事复杂孔隙结构与复杂润湿性下低渗透油藏油水渗吸、煤系地层中CO2吸附渗流及地质封存理论与技术相关工作，担任《GeoStorage》、《Advances in Geo-Energy Research》、《Geohazard Mechanics》、《天然气勘探与开发》杂志青年编委。入选辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才，中国岩石力学与工程学会低碳能源岩石力学与工程专业委员会委员。主持国家自然科学基金青年和面上项目各1项，辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才项目1项、内蒙古科技重大专项子课题等省部级项目6项，企业委托课题10余项。获辽宁省科学技术进步二等奖等省部级奖项7项，全国煤炭行业教学成果奖一等奖等省部级奖项3项，辽宁省第二届基础力学青年教师讲课竞赛一等奖1项，授权国际发明专利2项，出版著作1部，授权软件著作权10项。在《Energy》、《Fuel》等国内外重要期刊发表学术论文近20篇。

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