Fe2O3@碳 yolk-shell 纳米催化剂中空腔调控促进限域过一硫酸盐（PMS）活化及其高效降解有机污染物的研究

本文开发了一种密度近水（0.92 g/cm3）、高压耐受（30 MPa破碎率仅28.56%）的可降解暂堵剂（TPA），通过室内实验与现场应用（陕西正通煤业3407工作面）验证其能有效封堵煤层裂隙、提高水力压裂效果，为煤矿安全开采提供了创新材料与技术方案。

　　

Suspension performance（悬浮性能）

图5展示了TPA颗粒在水流中不同时间间隔的分布情况。30分钟内颗粒明显分层，大部分积累于顶部和底部，其余悬浮于中部。上层或底层颗粒随后上浮或下沉直至达到平衡状态，此过程持续约三小时。

基于漂浮TPA颗粒数量，可将其在水流中的运动分为三个阶段：快速沉降期、动态平衡期和稳定悬浮期。最终稳定悬浮率高达87.2%，表明其密度（0.92 g/cm3）与水接近，具备优异悬浮稳定性。

Compression performance（压缩性能）

TPA的破碎率与压力呈指数函数关系（图6）。在10 MPa时破碎率为8.7%，20 MPa时为18.43%，30 MPa时仅为28.56%，证明其具备卓越的抗压强度。微观结构显示（图7），颗粒表面存在大量微孔结构，有效分散应力并增强弹性变形能力。

Degradation performance（降解性能）

TPA在酸性（pH=3）和弱碱性（pH=8）条件下均发生自发降解（图8）。酸性环境中降解率在第7天达92.3%，弱碱性环境中为78.6%。FTIR分析（图9）表明降解过程中C=O键（1720 cm?1）和N-H键（1550 cm?1）强度显著降低，证实聚合物骨架断裂。

Plugging performance（封堵性能）

采用多尺度渗流加载系统模拟水力压裂（图10）。当裂缝开度为0.5 mm时，TPA注入后压力骤升（图11），封堵强度达18.7 MPa；开度增至1 mm时仍保持12.3 MPa封堵压力。微观封堵机制（图12）显示颗粒-纤维协同形成三维网络结构，实现高效桥堵与应力支撑。

Field application（现场应用）

在陕西正通煤业3407工作面进行现场试验（图14）。添加TPA后注浆压力从12.6 MPa提升至28.3 MPa（图15），流体滤失量降低76.8%，并诱发二次压裂形成复杂裂缝网络，证实其能有效封堵原生裂隙并提升压裂效果。

Conclusion（结论）

1. 1.

   TPA密度（0.92 g/cm3）近似于水，可长期稳定悬浮；高压下破碎率低（30 MPa时为28.56%），具备自降解特性。

2. 2.

   TPA能有效封堵不同开度裂隙（0.5–1 mm），封堵压力达12.3–18.7 MPa。

3. 3.

   现场应用显著提高注浆压力并抑制滤失，验证了其实际压裂增效潜力。