基于压汞法的宏观煤岩组分孔隙结构差异性研究北大核心

为了研究不同宏观煤岩孔隙结构及其差异性,采集了黄陇煤田和晋城矿区的8组煤样,对宏观煤岩组分中的镜煤和暗煤剥离处理,采用压汞实验方法并借助分形理论研究了镜煤和暗煤的孔隙结构差异性。研究结果表明:镜煤和暗煤压汞曲线形态差异明显;镜煤相比暗煤具有进汞饱和度和排驱压力低,退汞效率和中值压力高的特点;镜煤具有大孔和微裂隙发育且孔隙分选性好的特点,孔隙形态以半封闭型为主,具有较强的渗透能力,但大孔和小孔之间的联通性较差;暗煤孔隙结构具有平均孔径大,尤其是200 nm左右的扩散孔较为发育,致使大孔和小孔之间的孔隙联通性好,孔隙形态以开放型为主,具有较强的扩散能力;暗煤分形维数D2整体上要高于镜煤,说明暗煤大孔径段孔隙结构较镜煤复杂;镜煤和暗煤在煤层中呈互层状产出更有利于增强孔隙联通性,提高煤储层的解吸、扩散和渗流能力。     

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。     

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。     

煤孔隙分形特征及其随温度的变化规律

利用分形几何学理论对煤孔隙结构进行了定量的描述和研究,推导了煤孔隙分形维数的表达式;利用压汞法测量了煤样在不同温度下的孔隙分布,从试验方面验证了煤孔隙所具有的分形特征,并利用这些试验数据求得了煤样孔隙体积的分形维数,得出了温度越高,煤孔隙分形维数越明显,并且呈线性增大的结论.     

层理对煤岩动态裂纹扩展分形特征的影响

对于煤岩类材料在不同应变速率下的裂纹扩展行为研究为采矿工程实践提供了重要的理论参考,然而该类研究难度较大。为了研究含层理结构各向异性煤样在冲击载荷下的裂纹扩展行为及发育机制,采用霍普金森加载装置对直切槽半圆形煤样进行冲击条件下的断裂特性测试,并采用高速摄像机对冲击过程中裂纹扩展发育特征进行拍摄。利用Matlab和Image J等图像处理软件,进一步分析了层理和加载速率对煤中动态裂纹扩展分形特征的影响。研究表明:层理结构对煤中动态裂纹扩展路径及速度均具有重要影响,45°层理煤样分形裂纹扩展速度最大,而层理倾角为0°煤样的分形裂纹扩展速度最小;层理倾角对裂纹扩展路径的分形维数也具有显著影响,45°时煤样中裂纹扩展路径分维值最大,其次为层理角度22.5°和67.5°,0°和90°最小;同一裂纹的速度峰值和加速度峰值交替出现,且加速度峰值出现在速度峰值之前,裂纹扩展的驱动力可由加速度指标间接表示。考虑瞬时效应和分形特征的若干煤样裂纹扩展速度测试值与瑞利波速接近,且22.5°,45.0°和67.5°层理角度的煤样测试时易出现最高峰值。该试验结果与先前理论假设相吻合,因此获取含结构面煤岩类材料动态...     

新疆阜康矿区煤储层孔隙分形特征研究

基于压汞实验,分析了新疆阜康矿区9个煤样煤储层压汞孔隙分布特征,利用分形理论定量计算了煤样的孔隙分形维数,对煤样进行镜质组反射率测定、煤质分析,分析了煤的分形维数特征。研究表明,煤孔隙体积分形维数与水分呈正相关关系,灰分对分形维数也有重要的影响,随着分形维数的增加储层孔隙度相应增加。     

不同环境湿度下承压破碎煤岩蠕变分形特征研究

承压破碎煤岩在不同环境湿度下的变形及破碎量不同,为探究不同环境湿度下承压破碎煤岩变形与破坏过程中的分形特征,利用自制破碎岩石压实装置,结合DDL600电子万能试验机和计算机采集系统,对不同环境湿度下的破碎煤岩进行侧限压实试验,分析不同环境湿度下承压破碎煤岩蠕变分形特征。结果表明:1)随着轴向应力的增大,破碎煤岩的分形维数从2.38增加到2.64,逐渐接近分形破碎极限,其变化过程可分为6 MPa以前的迅速增加阶段和6 MPa以后的缓慢增加阶段;2)分形维数随环境湿度的增加而增大,且在高应力下增幅较大,但增速逐渐减缓;3)蠕变时间从30 min增加到160 min,分形维数仅增加了0.06,说明时间效应对分形维数影响较小;4)相对破碎率Bg随轴向应力变化呈对数增长,与分形维数之间具有线性关系。可见,随着环境湿度的增长,破碎煤岩的承载能力有所下降,该结论为进一步研究巷道围岩稳定性和地表沉陷提供依据。     

基于压汞法的赵庄矿不同煤体结构煤的孔隙特征研究

选取赵庄矿3号煤层4种不同煤体结构煤的煤样,采用压汞法研究分析其煤体孔隙特征。实验表明,随着煤体破坏程度的增大,大孔孔容占比呈下降趋势,中孔、小孔孔容占比呈上升趋势,煤岩渗透性随之减小。原生结构煤、碎裂煤存在相当数量的封闭孔或孔径在纳米级以下,孔隙连通性差;碎粒结构煤孔隙连通性稍好,退汞效率在4种煤体结构中最高。     

中—高煤级煤孔隙分形特征

以平煤股份十三矿受岩浆侵入影响形成的不同煤化作用程度的10个原煤样品的压汞实验和低温氮气吸附实验数据为依据,应用孔隙的分形研究方法,揭示了中—高煤级煤的孔隙分形特征及其与煤级之间的内在联系。研究表明,压汞法和低温氮气吸附法测定的煤中孔隙均具有分形特征,尤其在不同孔径区段分形特征更加明显。压汞法压汞实验测定孔隙的分形维数为2.36~3.01,低温氮气吸附测定孔隙的分形维数分布在2.66~2.91之间。中—高煤级阶段(Ro,max在1.41%~6.52%之间),随煤级升高,压汞法孔容10~100 nm孔径段孔隙的分形维数呈降低趋势,大于1μm孔隙的分形维数呈现增高的趋势;低温氮气吸附比表面积小于4.5 nm孔径段分形维数呈现降低的趋势,大于4.5 nm孔隙的分形维数递增规律明显。     

基于压汞技术的构造煤孔隙结构多重分形表征

依托渭北煤田韩城矿区煤样,基于压汞技术采用多重分形理论分析构造煤孔径分布的非均质性,计算其多重分形谱f(a),并分析了多重分形参数随变形程度增强的变化规律。结果表明:煤样压汞孔径分布具多重分形特征,但不同类型构造煤孔径分布的多重分形程度存在明显差别。随构造变形增强,f(a)谱由右钩状(碎裂煤)转化为左钩状(碎粒煤、糜棱煤),奇异性指数α0、f(a)谱宽度αq--αq+及左锋宽度α0-αq+升高,说明强烈的脆性变形和韧性变形易使孔隙结构趋于复杂,孔隙团聚特征增强,孔体积高值分布非均质性加大,渗透性变差。α0和α0-αq+可作为区分构造煤孔隙结构差异演化的主要指标。多重分形参数变化可归因于由构造变形增强所引起的孔体积峰值的转变、碎粒孔的产生及显微构造的不均匀分布。     

基于压汞法的构造煤基质压缩特性及其对孔隙结构的影响

为研究不同变形程度构造煤的基质压缩特征,采用压汞法和气体(N2和CO2)吸附相结合的方法,计算了渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的基质压缩系数,探讨了基质压缩对构造煤孔隙结构的影响。结果表明,煤的基质压缩系数不一定随构造变形程度的增加而增大,是煤级、微孔含量和构造变形等因素的综合反映;基质压缩主要影响了压力大于20 MPa的压汞孔体积;由于压汞法和N2吸附方法的测试原理不同,基质压缩校正后压汞孔体积(6~100 nm)高于N2吸附孔体积;基质压缩对压汞孔体积的影响随构造变形程度的增强而变弱。     

基于分形理论的岩石质量评价

为了揭示地质数据的内在关系,深层次地反映节理岩体的工程地质特点,分析讨论了岩体结构面的分形特征,提出了一种利用分形分布、节理密度、岩石质量指标RQD和结构面间距分布形式的联系来评价岩体质量的方法。研究表明,分维数D能够弥补方法CSIR在评价岩体质量中的某些不足,可以作为岩体质量评价的一个定量指标。     

压汞法分析C/C复合材料平板的孔隙结构

以PAN基炭纤维针刺整体毡为预制体, 经CVI增密获得了C/C复合材料平板, 采用压汞法分析了该材料的孔隙结构。结果表明, 随着CVI增密过程的进行, 材料的孔隙率和平均孔径下降, 但孔隙数量先上升后下降, 在密度为1.2 g/cm³时达到最高点; 孔隙的最可几孔径随密度升高而降低并向15 μm趋近; 大于60 μm的大孔体积分数随密度升高而下降, 小于1 μm的微孔体积分数上升; 比表面主要贡献来自孔径小于20 nm的微孔, 在密度为1.46 g/cm³时, 比表面最大。     

岩石材料强度与材料内部缺陷分布分形性质

通过对岩石材料微观断裂发展过程缺陷分布进行分形模拟,分析了用缺陷分布分维数m来表达岩石材料强度的可行性,提出用临界破碎系数C0来作为岩石破碎、断裂的判据,并给出了其关系式。     

基于入侵检测技术的煤矿网络安全创新应用研究

本文介绍了网络技术在煤矿安全管理中的应用以及问题,分析了网络安全的防范技术,重点探讨入侵监测技术,阐述了系统组成及工作原理,分析其在煤矿网络安全中应用以及发展前景。     

单轴压缩下的岩石声发射及其分维特征

通过对几种岩样破裂时声发射数据的分析,研究了声发射参数之间的相互关系,发现岩石本构关系与岩石的声发射之间存在的一种必然联系。通过多种试验参数的图形拟合,分析了声发射活动的规律。将求得的分维和声发射参数随时间的变化曲线进行了对照,结果表明,分维和声发射参数随时间的变化趋势存在相关性。分形维数不仅可以表征声发射的频度,而且分维最小值往往预示着一个大破裂的发生。     

褐煤在微波场下的孔隙结构及其分形维数变化特征

为了探究微波辐照对褐煤孔隙结构及表面形貌的影响,将低温氮吸附法和扫描电镜相结合。测定了煤样经微波辐照前后比表面积、孔容、平均孔径及分形维数的变化;通过扫描电镜清楚观察到煤样的孔隙形状及表面形貌。试验表明:随着微波辐照时间/功率的增加,煤样孔隙分形维数值逐渐减小;平均孔径逐渐减小,比表面积和孔容先明显减小随后略微增加;褐煤表面逐渐趋于平整光滑,孔洞收缩。     

软岩巷道变形破坏红外温度场的分形特征

根据软岩巷道模型加载过程的红外热图,研究了红外辐射温度场的分形性质,计算了红外热图的分形维数并研究了其物理意义,通过对分形维数时间过程的分析得到了软岩巷道变形破坏的规律。红外热图的分形维数不仅表达了软岩巷道变形过程中裂纹的复杂性、裂隙的形态、尺度等的几何特征,也表达了其动力学特征。研究结果表明:可以根据红外热图的分维数对岩石的变形特征、损伤破坏程度、以及破坏前兆进行分析、评价与预报。     

应力波透反射系数与界面分形维数的关系初探

为探讨波通过粗糙界面时的透反射规律,在经典cantor三分集基础上,延托出扩展cantor集界面模型,并从理论上给出了维数计算方法。基于一维应力波的理论,运用从特殊到一般的数学归纳法思想,严格地推导了扩展cantor集的分形维数与波通过该界面时透反射系数间的理论关系。     

粒度对煤孔隙特征影响的压汞实验研究

为了分析研究粒度对煤孔隙特征的影响,采用收集某矿煤样分别破碎筛分出3个不同粒径煤粒进行压汞实验。结果表明:阶段孔体积的分布曲线符合高斯函数,阶段比表面积的分布曲线符合Power函数;孔体积与比表面积具有相关性,其相关性随着孔径的增加而不断减小,进而分析了造成该现象的原因是由于煤样中存在微裂隙的影响;粒度影响煤粒孔体积的本质原因是煤样粒度改变了粒间孔体积大小,而粒内孔体积几乎不随粒度的改变而改变;孔直径小于1 000 nm的煤体孔隙孔体积和孔比表面积均具有明显的分形特征。