活性炭孔隙结构分形特征研究

基于传统的欧氏几何方法测定的活性炭性能指标因易受测试条件的影响而缺乏可比性，本文从分形几何角度出发，对活性炭孔隙结构分形的存在进行了证明，并在分形表征方法的推导以及验证等方面开展了一些探讨性工作，利用不同方法测得的活性炭性能数据计算了孔面积的分形维数。     

不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其研究意义

煤层气的赋存和产出与煤储层孔隙系统的发育程度有关,原生结构煤层受到破坏变形后其孔隙结构特征将发生明显的变化,从而影响煤层气的吸附/解吸和扩散过程。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层不同煤体结构样品进行低温液氮、低压二氧化碳吸附分析和等温吸附试验,分析了不同破坏强度煤的孔隙结构和吸附性变化规律;应用试验数据和数值分形模型,揭示了不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其对煤中甲烷吸附、扩散的影响。结果表明：随着煤体结构破坏强度的增大,煤的比表面积和孔隙容积均增大,50～300 nm的孔隙所占比例逐渐降低,2～50 nm的微孔和中孔以及小于2 nm的超微孔增加,超微孔为煤中主要吸附孔,孔径主要分布在0.45～0.65 nm和0.80～1.0 nm。N₂、CO₂和CH₄的吸附量随煤体结构破坏程度的增大而增加,吸附性由大到小顺序为原生结构>糜棱结构>碎粒结构>碎裂结构。微孔、中孔和大孔孔隙结构分形维数表明,构造变形后的煤孔隙结构将被简单化,破坏程度较强的煤具有较粗糙的孔隙表面(对应较高的D₁)和较为...     

煤的孔隙结构分形定量研究

煤是一种具有复杂孔隙结构的物质，难以用传统的欧几里德理论予以描述。分析用压汞法测出的煤中不同孔径段的比孔容资料，发现最小孔半径在６５￣８７ｎｍ的大孔和中孔具有分形特点，可以用分形维数定量表征煤的孔隙特征。分形维数能反映组成煤的煤岩组分的复杂程度和煤结构遭受破坏的严重程度。在煤的变质系列中，中变质程度烟煤的分形维数最大。     

基于压汞法的煤岩各段孔隙的分形特征

采用压汞法对大同和屯留煤样进行微结构测试。根据煤岩孔隙不同半径范围内累积孔隙体积分数所占的比例大小对孔隙进行了大小分类。结合孔隙结构分形维数计算原理,通过线性回归计算了各类孔隙的分形维数。结果表明用分段回归方法计算煤中不同孔隙的分形维数能较好地反映复杂的孔隙结构。小孔分维数较小,中孔和大孔分维数较大,说明中孔和大孔孔隙结构很不均匀,煤岩孔隙在这个阶段的分布离散性较大。     

基于图像分割的煤岩孔隙多尺度分形特征

根据煤岩孔隙系统的精确描述对流体运移机理的重要性,对来自6个不同矿区的煤岩进行了扫锚电镜观测,提出了基于扫锚电镜图像分割的煤岩孔隙多尺度分形研究方法.采用了图像分割算法中的灰度阈值分割、Laplacian边缘算子及Prewin边缘算子检测,提取了煤岩扫描电镜(SEM)图片中的大尺度裂隙、边界曲线以及小尺度孔隙特征;采用盒维数法计算了分形维数,研究了多重孔隙介质分形标度律存在的尺度与SEM放大倍数的关系.结果表明:大尺度裂纹分形标度律存在的下限尺度与7 500倍SEM观测尺度相对应;小尺度孔隙分形标度律存在的上限尺度与2 000倍的SEM观测尺度相对应;细观裂纹分维数反映了煤岩渗透性能;边界分维反映了流动边界的迂曲程度相关于流动阻力;微观孔隙分维相关于吸附性能.     

不同煤阶煤孔隙结构分形表征及其对甲烷吸附特性的影响

煤储层中孔隙结构的发育程度决定了煤体瓦斯的吸附性能,通过低温液氮吸附实验测试了长焰煤、焦煤和无烟煤3种不同变质程度煤样的孔隙结构;基于分形理论对孔隙结构进行了量化表征,并结合煤的甲烷等温吸附实验,深入分析了不同变质程度煤孔隙结构对甲烷吸附特性的影响。结果显示：变质程度与孔隙分形维数D₁呈现出“浴盆式”变化规律,与分形维数D₂符合线性负相关关系;而煤样的微孔比表面积和孔容均与吸附常数a呈正相关关系,即微孔比表面积和孔容越大,煤的吸附能力越强;随着孔隙分形维数D₁的增加,吸附常数a呈现出近似线性增长趋势,煤体孔隙结构越不光滑,比表面积也会越大,从而使得煤的甲烷极限吸附量也会有所升高。     

煤体孔隙结构及分形特征的实验研究

采用低温氮吸附实验测定6种煤样的孔隙参数及等温吸附曲线,研究煤样孔隙表面分维数与孔隙参数之间的关系。采用FHH模型计算各煤样的孔隙表面分形维数。结果表明:表面分维数能够较好地表征孔隙结构的非均质性及复杂性;分形维数越大,孔隙结构越复杂、孔隙表面越不规则。     

基于低温氮气吸附的无烟煤吸附孔隙结构与分形特征表征

通过低温液氮实验探究无烟煤吸附孔隙的结构特征,计算了无烟煤的比表面积、孔径分布、孔体积、分维数等吸附孔结构参数,并进而讨论孔隙结构特征、分形特征的地质意义及储层意义。实验结果表明,储层吸附孔主要是微小孔隙,发育数目较多,孔隙结构复杂,微观储集空间非常细小,显示了吸附孔较强的微观非均质特征。     

采掘煤层底板岩层微观孔隙结构及其分形特征

为确定煤层底板各岩层微观孔隙本质的复杂程度,提升煤炭开采利用价值,以平顶山煤田石炭系煤层底板岩层为例,通过低温氮气吸附实验,对各岩石的微观孔隙结构进行表征。以实验数据为基础,建立孔隙结构体积分形模型,得出砂岩的孔隙结构复杂程度最大,泥岩最小,认清了煤层底板各岩层微观结构的复杂变化特征。     

构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究

构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO₂吸附法、低温N₂吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO₂吸附数据的微孔填充模型、基于N₂吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2～6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺...     

煤体孔隙结构分形特征研究

基于6个煤矿不同煤样的压汞和扫描电镜实验结果,绘制各个煤样的log[d VP(r)/dp(r)]与log p(r)的散点图,结合分形理论计算煤样的分形维数、分析散点图不同趋势特征,利用十进制分类系统计算煤样的孔径分布特征。     

软煤体孔隙结构及其分形特征研究

为了研究软煤体孔隙结构特征及其对煤体瓦斯赋存、流动特性的影响规律,基于分形理论,采用扫描电镜、低温氮吸附实验等方法,分析澄合矿区典型软煤体的微观孔裂隙结构及连通情况等,运用盒维数算法测算煤样微结构分形维数及分布情况。研究结果表明:澄合矿区软煤体孔隙、裂隙比较发育,孔洞与裂隙之间的连通性较好,软煤体孔隙形态复杂,较高的孔容值使软煤体具有较大的瓦斯吸附空间,一端几乎封闭的不透气性孔及细颈瓶状孔等孔型有利于瓦斯的吸附聚积,不利于瓦斯的扩散运移。研究结果可为深入研究软煤体微结构性质及软煤体中瓦斯运移规律提供理论依据。     

深部煤储层孔隙结构特征及其分形规律研究

为了研究深部煤储层孔隙结构特征及其分形规律,选取了河北大城地区埋深介于1 000~1 400 m的煤层作为研究对象,通过压汞测试揭示了研究区孔隙结构特征。利用分形维数研究孔隙分形规律,表明深部煤储层孔隙分形维数介于2.241 8~2.424 6,满足分形维数要求,孔隙存在分形特征且为中等复杂结构。     

构造煤孔隙结构的分形特征及其与吸附性的关系

针对煤体结构不同的构造煤样,利用氩离子抛光扫描电镜、等温吸附和低温液氮吸附等实验手段,对研究区煤样孔隙特征及吸附性能进行了研究,并计算了煤样孔隙的分形分维值D1和D2。实验测试的构造煤中,糜棱煤微孔隙形态最为复杂,比表面积最大,吸附能力最强,其次为揉皱煤、鳞片煤和片状煤。     

煤体孔隙结构毛细管压力特征研究

基于6个不同煤样的孔隙结构参数测定和压泵实验,分析了潞安矿区内煤样的孔隙结构定量特征,绘制毛细管压力、水银饱和度的关系曲线,结合最大进退汞饱和度来判断其孔隙结构的连通性和孔渗性,得出潞安矿区内孔渗特征表现为低渗性结构。进一步应用毛细管法对矿区内孔渗特征进行评价。     

构造煤裂隙及渗流孔隙分形特征研究

构造煤的孔裂隙系统对煤层气吸附、运移以及瓦斯突出均具有控制作用,选取淮北朱仙庄矿12块不同变形类型构造煤进行显微镜观测和压汞测试,并利用分形方法对样品裂隙系统、渗流孔孔隙系统及二者的关联性进行研究,结果表明:样品显微裂隙信息维数分布于1.2~1.9,孔隙分形维数分布于2.6~3.0;随着煤体变形程度增强,显微裂隙分形维数Dl线性增大,渗流孔隙分形维数Dk在脆性变形阶段变化不大,脆-韧性和韧性变形阶段呈线性减小。Dl增大,样品渗流孔孔容和比表面积呈指数增大,平均渗流孔孔隙直径减小,渗流孔发育程度提高,渗透性增强。孔隙分形维数随裂隙分形维数增大呈抛物线形式减小,以Dl=1.6为界,可根据Dl值将变形环境分为小于1.6的脆性变形环境以及大于1.6的脆-韧性/韧性变形环境。     

构造煤的孔隙结构实验研究

通过对不同煤体结构的低温氮吸附实验发现,各孔径段的孔容比与比表面积比是不对应的,特别是微孔的孔容较小,但是比表面积较大。与原生结构煤相比,共生构造煤在各阶段孔容和比表面积都有所增加。煤储层孔隙是瓦斯的主要聚集场所,而且也是其运移通道;孔隙结构不仅制约着煤体的瓦斯含量,而且对解吸和扩散也有重要影响。