神华配煤孔隙分形对燃烧特性的影响

利用氮气吸附仪、沉降炉、扫描电镜(SEM)和X-射线能谱仪(EDS)研究了动力配煤的孔隙分形结构对着火和燃烧特性的影响.对神华煤分别与准格尔煤和澳洲煤组成的配煤研究表明,配煤孔隙分形维数随单煤比例呈现出单调变化规律,并且与比表面积和比孔容积的变化规律基本一致.当神华配煤的分形维数由2.451增加到2.482和2.532时,着火温度由783 ℃降低到587 ℃和462 ℃,飞灰中碳的质量分数由3.62%减少到2.83%和1.83%,说明配煤的分形维数越大则越容易着火和燃尽.随着准格尔煤比例增加和神华煤比例减少,燃烧渣样中硅铝质量比减小且灰熔点提高,导致配煤的结渣程度明显减轻.     

沁水盆地东南部高阶煤孔隙分形特征及意义

为研究有利于煤层气勘探开发的煤储层孔隙结构特征,以沁水盆地东南部寺河矿和赵庄矿的晚古生代高阶煤为研究对象,基于低温氮吸附数据,运用孔隙分形研究方法,揭示高阶煤中综合分形维数与孔径分布、镜质组反射率、兰氏体积与兰氏压力之间的关系。研究表明,沁水盆地南部高阶煤在不同孔径段内的孔隙具有明显的分形特征,煤样综合分形维数分布在2.47~2.97;煤样的综合分形维数与煤镜质组反射率具有正相关性,即煤样孔隙的粗糙度随着镜质组反射率的增高而变得更加粗糙;综合分形维数随着比表面积、总孔容、微孔及过渡孔孔容所占比例增加而增大,而随着中孔孔容所占比例的增加而减小。综合分形维数可以反映高阶煤的煤层气开发状况,即高阶煤中煤的综合分形维数越高,越有利于煤层气的开发。     

鹤岗煤田构造煤孔隙分形特征

基于鹤岗煤田北部区块典型构造煤样的低温氮吸附实验数据,分析不同变形程度下构造煤的分形维数与孔隙系统结构和气体吸附能力的关系.结果表明,受变形程度影响,碎裂煤和碎粒煤的孔隙系统发生变化,导致低温氮吸附、解吸曲线表现出不同形态.在相对压力为0.5~1.0时,分形维数可以有效表征碎裂煤与碎粒煤的孔隙结构和吸附能力.随着分形维数变大,煤岩变形程度增加,微孔含量增加,孔径变小,比表面积增大,孔表面粗糙度增加,使得煤岩孔隙系统复杂化,最终煤岩吸附能力增强.因此,煤岩孔隙分形维数可以表征煤岩孔隙结构和吸附能力.     

煤体纳米级孔隙低温氮吸附特征及分形性研究

为了研究不同煤级煤体纳米级孔隙结构特性,通过低温氮吸附法对宿州邹庄矿、平顶山八矿、鹤壁九矿的8组煤样进行对比实验,分析了煤孔隙结构特性,并运用孔隙分形几何学理论基础建立FHH模型,揭示了煤的变质程度和破坏程度对煤孔隙结构差异的影响。结果表明:(1)不同变质程度的煤,其吸附能力与变质程度并不呈线性关系,与共生原生结构煤相比,构造煤的平均孔径普遍较小,但其孔比表面积较大,且构造煤吸附能力明显强于原生结构煤。(2)不同煤级煤的分形维数D大小并不随着煤化程度的升高而呈规律性的线性变化,构造变形作用促使构造煤孔隙结构复杂化。(3)分形维数D越大,表明煤体孔隙结构越复杂,煤体孔比表面积及其吸附量也较大。(4)分形维数与平均孔径呈反比。     

煤储层孔、裂隙系统分形研究

对煤层、煤样进行了宏观裂隙及显微裂隙的连续系统观测、统计,计算了煤中各级别裂隙的面密度维数;根据压汞法测出的煤中不同孔径段的连续比孔容数据,计算了煤中孔隙体积的分形维数。分析了分形九与煤层的孔、裂隙发育程度和煤变质程度的关系。为评革层气的吸附与解吸、扩散与渗流、煤与瓦斯突出预测及煤层有效渗透率估算提供了一种更加精确的方法。     

粉煤灰-硅酸盐混合水泥粒度分布分形维数与其比表面积和抗压强度的关系

采用分形理论,研究了6种不同粒度分布的粉煤灰与相同粒度分布的硅酸盐水泥所组成的粉煤灰-硅酸盐混合水泥粒度分布的分形维数及其与比表面积、砂浆抗压强度的关系,以观察粉煤灰的物理作用。结果表明,随着粉煤灰粒度分布的变化,粉煤灰-硅酸盐混合水泥粒度分布分形维数和比表面积、砂浆抗压强度之间呈良好的线性正相关;粉煤灰粒度分布分形维数对砂浆后期强度的影响明显大于其对早期强度的影响。     

煤体破坏过程中裂纹演化规律试验

利用自行研制的煤岩固-气耦合细观力学试验装置,获得了含瓦斯煤体三轴压缩条件下煤样破坏过程中裂纹变化的实时图像,并利用matlab软件编程提取出细观试验图像中相关的裂纹参数;基于分形理论,研究了煤体裂纹的损伤演化特征.试验结果表明,随着应力、应变的增加,煤体裂纹数呈现出先增多后减少的变化规律,裂纹总长度和裂纹总面积均呈增大趋势;基于"小岛法"的相关原理对煤体表面裂纹演化的研究表明,煤体裂纹周长和裂纹面积的双对数具有良好的线性关系,煤体表面图像具有明显的分形特征,分形维数变化范围为1.25~1.48,且煤样表面分形维数与应变之间呈显著二次多项式函数关系.     

用小角X射线散射研究亚麻纤维分形维数与断裂强度的关系

用小角X射线散射法(SAXS)研究亚麻纤维的孔隙结构分形特征,并且分析亚麻纤维断裂强度与分形维数之间的关系.结果表明:SAXS是测试分形维数的一种有力工具;亚麻纤维的分形维数是2~3之间的分数,属于表面分形;亚麻纤维的分形维数与断裂强度之间的关系可以用二次曲线来拟合,拟合相关度R2能够达到0.908 6,具有很好的相关性,且亚麻纤维的断裂强度随着其分形维数的增大而减小.     

基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征

为研究页岩储层孔隙结构特征,以重庆南川三泉剖面泉浅1井、綦江观音桥剖面、涪陵B井和石柱打风坳剖面等龙马溪组页岩储层样品为例,通过低温氮吸附实验数据建立FHH分形模型,讨论分形维数与孔隙结构参数、TOC质量分数的相互关系.结果表明:样品孔隙以微孔为主,孔径分布集中在40nm以下,具有明显的分形特征,分形维数介于2.760~2.850之间,相关因数大多超过0.99,反映复杂的孔隙结构与较强的非均质性;部分样品显示明显的双重分形特征,以甲烷分子自由程为界可将纳米孔分为渗透孔隙和吸附孔隙,吸附孔隙阶段分形维数变化范围在2.881~2.917之间,渗透孔隙阶段分形维数变化范围在2.791~2.823之间;孔隙体积和平均孔径与分形维数具有负相关性,BET比表面积与分形维数呈明显的正相关关系,即平均孔径越小、孔隙体积越小、BET比表面积越大,分形维数越接近于3;TOC质量分数也与分形维数呈明显的正相关关系,是分形维数的重要影响因素.通过分形维数可以定量评价储层孔隙的复杂程度和非均质程度,为储层评价和页岩气在纳米孔隙中的赋存和运移机理研究提供思路.     

结合分形理论的水泥絮凝研究

目的对水泥絮凝进行定量化研究,找出其微观结构与宏观性质的联系.方法用“激光颗粒分布测量仪”测试了不同水泥絮凝颗粒的粒度分布,分析了各絮凝颗粒的分形特征,探讨了分形维数与水泥比表面积、净浆流动度的关系.结果水泥絮凝颗粒的粒度分布具有很好的自相似性,属于典型的无规三维分形体;且分形维数越大,比表面积越大,水泥净浆流动度越小.结论用分形维数对抽象的水泥絮凝粒度分布进行定量描述是可行的,从分形维数可以推断出比表面积和净浆流动度等宏观性质的变化趋势.     

中低煤阶煤层气储层孔隙结构分段分形特征

为明确韩城、保德区块煤岩孔隙结构分形特征,基于火柴棍模型,推导了新的分形特征表征方法,并利用扫描电镜实验和压汞实验数据对新方法进行验证,在此基础上研究了中、低煤岩孔隙结构分形特征。结果表明,火柴棍模型更能精确表征中、低煤阶煤岩的双重孔隙结构特征。在双对数坐标中,进汞饱和度与毛管压力成双线性关系,即以半径1 μm为界,中低阶煤岩孔隙结构具有分段分形特征,孔隙和裂缝具有不同的分形区间和分形维数。韩城、保德区块裂缝分形维数和孔隙分形维数分别在2.80~2.98和2.17~2.33,且裂缝分形维数随孔隙分形维数增加而增加,两类分形维数均随平均孔隙半径、孔隙度和渗透率的增加依次降低。表明煤岩分形维数可以作为储层评价的关键指标,分形维数越小,储层物性越好。煤岩分形维数能够表征其孔隙结构的非均质性,分形维数越大,孔隙结构非均质性越强。韩城、保德区块割理、裂缝的分形维数远远大于孔隙分形维数。     

过渡相煤系泥页岩纳米级孔隙结构非均质性表征及主控因素——以淮南煤田二叠系为例

纳米级孔隙是煤系页岩气赋存的重要场所,具有很强的非均质性。为了研究海陆过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性,对淮南煤田二叠系山西组和下石盒子组泥页岩钻孔岩芯样品进行总有机碳、镜质体反射率、全岩和黏土X射线衍射分析、场发射扫描电镜及低温液氮吸附实验,获得泥页岩有机地球化学、矿物组分、孔隙结构参数,采用孔隙结构相对偏差、FHH分形模型来评价储层孔隙结构非均质性及主控因素。结果表明:储层孔隙类型以黏土矿物片层间的平行板状孔、狭缝状孔及粒间的锥状孔为主,孔隙尺度主要为介孔,其次为微孔和宏孔;孔隙结构具显著分段分形特征,由于与煤储层高度相似而划分为渗透孔隙(r＞7.5 nm)和吸附孔隙(r≤7.5 nm),渗透孔隙复杂程度强于吸附孔隙;微孔越发育,孔容越小,比表面积越大,分形维数越大,孔隙结构越复杂,非均质性越强;过渡相煤系泥页岩储层孔隙结构非均质性主要受控于不同沉积环境及成岩演化下矿物组分差异,随着黏土矿物含量的增加和脆性矿物含量的减小而增大;与下石盒子组相比,山西组黏土矿物含量更低,导致分形维数较低,孔隙结构复杂程度偏弱,比表面积和平均孔径的相对偏差较小,孔隙分布较均匀,非均质性相对弱,对页岩气的储存、解吸和扩散更有利,可考虑优先开采。     

多孔结构孔隙特征的分形研究

基于Menger海绵体分形模型和压汞实验原理提出了多孔结构体的孔隙体积分形维数、表面分形维数的算法,在此基础上推导了多孔结构比表面积的计算公式.研究发现,孔隙比表面积与孔隙率和孔隙的表面褶曲粗糙程度有关,孔隙比表面积需要用体积分维和表面分维两个独立变量表示.鉴于孔隙比表面积的测量比较困难,给出了表面分形维数的间接算法.     

动载荷下含水率对黄砂岩的分形特征及比表面能的影响

为了研究含水率对动载荷作用下黄砂岩比表面能的影响,首先设计了6种不同含水率（η=1.8%、2.1%、2.4%、2.7%、3.0%、3.3%）黄砂岩,对该批次黄砂岩利用霍普金森压杆在0.21 MPa气压下进行动态冲击;其次,对试验后碎块进行筛分,利用分形维数法探究其分形维数随含水率变化关系;最后,将不同粒径的碎块转化为该粒径范围内的球体,利用球表面积与耗散能获得黄砂岩的比表面能随含水率的变化关系。结果表明:随着含水率的升高,黄砂岩的粒径变小（由32.56 mm减小至16.83 mm）,减少了48.31%,分形维数变大（由1.875 0增大至2.316 3）,增加了23.54%;黄砂岩碎块的表面积增大（由169.89 cm²增加至510.00 cm²）,增加了200.19%,比表面能下降（从0.06 J·cm^-2到0.01 J·cm^-2）,减少了83.59%。     

基于孔隙分形几何的生物质型煤固硫性能研究

鉴于以往对生物质型煤的固硫性能的研究多限于经典的脱硫剂硫化反应,应用压汞测孔法测量多种典型配比和两种典型孔隙系统的生物质型煤的孔隙特性。根据生物质型煤的孔径分布特征,建立孔隙分形结构模型,模拟相同分维的生物质型煤的孔隙率和比表面积;从孔隙分形结构的形核、生长的角度,探究生物质型煤的脱硫机理;进而得出生物质型煤分形结构存在的孔径范围,以及分维、均孔等分形几何参数与生物质质量分数的规律,最后,提出并解释了“人工分形体”概念,用以描述类似生物质型煤孔体系的孔结构。     

O2／CO2气氛下煤燃烧过程中孔隙结构演化特征

在固定床和热重分析仪上对云浮烟煤焦在不同温度下O2／CO2燃烧特性进行研究．研究结果表明热解终温和温度是影响煤焦燃烧特性的主要因素,反应速率随着温度的升高而增大,并且热解终温对焦结构的影响是不可忽略的．这主要是由于孔隙结构的变化主要受挥发分析出和焦受热变形的影响．云浮烟煤O2／CO2燃烧过程中起始阶段比表面积（SBET）有增加趋势,这种现象的产生主要是由于煤焦燃烧过程中微孔的扩容和新孔的产生,并且比表面积与微孔孔容积的变化规律非常相似,而这由于SHET主要是由微孔来提供,但当转换率大于80％时由于孔坍塌造成SBET有减小的趋势．     

Effects of process parameters on pore structure of semi-coke prepared by solid heat carrier with dry distillation

The semi-coke was prepared by solid heat carrier with dry distillation in single factor method. The pore structures of raw coal and semi-coke were characterized by Brunauer–Emmett–Teller (BET) and scanning electron microscope (SEM). The results show that the adsorption and desorption isotherm of semi-coke are not coincident. There was a wide pore distribution on the semi-coke, in which mesopores and micropores account for a considerable proportion. Also there are many more secondary pores. With the increase of the final temperature of heat carrier and constant temperature, as well as the decrease of volume ratio of coal and hot carrier reactor, specific surface area and pore volume of semi-coke increased rapidly first and then decreased and finally increased, along with the rapidly reduction of average pore size. SEM photos show that the surface of semi-coke becomes increasingly rough and glossy.     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层渗流孔隙分形特征

基于压汞试验,分析了鄂尔多斯盆地东缘14个矿区56件煤样储层孔隙的分形特征,通过分维数与煤储层渗透性的比较,得出孔隙体积分维数与煤储层渗流孔隙的渗透性关系.结果表明,煤储层压汞孔隙分形尺度为孔直径86 nm～1 000μm,体积分维数2.75～3.24,在区域分布上呈自北向南降低的趋势,与煤变质程度、灰分、矿物含量呈负相关关系,与水分、中孔含量及视孔隙度(>5%)呈正相关关系.储层渗透性的分形表征与分形维数、分形尺度及分形孔隙的分布连通性多因素相关,但在储层孔隙率较低的情况下,分形孔隙的分布连通情况对渗透性起决定性作用.