煤粒的微观孔隙结构特征实验研究

为了进一步深入分析煤体内部的孔隙结构特征,利用美国康塔Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪,实验研究了煤粒(同种煤不同粒径)的吸附等温线,并对其微观结构特征参数---比表面积、孔容及平均孔径进行了分析。研究表明：不同粒径煤粒吸附等温线呈现出相似的变化趋势;随着煤粒粒径的增大,煤粒的比表面积和总孔容逐渐减小,而平均孔径增大。研究结果为煤体瓦斯的吸附、解吸及渗流等机理的研究提供了一定的理论基础。     

有机质页岩孔隙分形模型的适用性研究

为了深入研究分形理论模型计算不同尺度孔隙分形维数的适用性,以焦页1井龙马溪组页岩与慈页1井牛蹄塘组页岩的钻井岩心样品为研究对象,采用CO_2和N_2等温吸附试验,获得了2组页岩微孔与介孔的吸附数据,并分别结合微孔分形模型和FHH分形模型计算了微孔与介孔的分形维数,讨论了2种模型的有效性。研究结果表明:微孔分形模型适用于计算CO_2吸附数据,可有效表征页岩微孔的分形维数;而选FHH分形模型适用于计算N_2吸附的高压段数据,可有效表征页岩介孔的分形维数。微孔与介孔可具有不同的分形结构,页岩孔隙结构的评价应综合考虑两类孔隙的分形维数。     

煤孔隙分形特性及其吸水性能的研究

利用压汞法测量了几种煤样的孔隙分布,分析了各煤样孔隙体积和表面积的分形规律和分形维数,以及两种分形维数的相关性。实验观测了各种煤样的吸水和失水速度,分析了吸、失水速度随时间变化的规律及其与孔隙分维数的相关性,建立了吸、失水速度随孔隙分维数和最大孔隙直径变化的回归方程,为煤层注水提供了必要的理论基础。     

对煤粒表面模型的研究

根据影响煤表面润湿性因素，提出了煤粒表面模型，即煤粒的表面由非氧化煤微面、亲水性煤微面和无机矿物质微面构成．现代浮选理论认为，水化膜的稳定性是能否有效浮选的关键，而水化膜的稳定性由粒子间范德华作用力、双电层作用力和水化膜结构力所决定．结合表面模型，水化膜稳定性由作用于3个微面分作用力所决定．对同一种煤通过风化和脱灰处理，人为地降低或提高3个微面所占的比例，然后进行了煤粒表面模型验证试验．结果表明，煤粒表面模型是成立的，而且在3个微面中，亲水性煤微面起主要作用，用表面模型能较好地解释风化煤的浮选问题．     

煤粒瓦斯扩散特性的研究现状与进展

对煤粒瓦斯扩散特性的研究进行了系统地梳理,认为可将该领域的研究成果分为:线性扩散理论、基于时变扩散系数的瓦斯扩散理论与多因素影响下的瓦斯扩散理论。在此基础上,通过详细分析,认为当前煤粒瓦斯扩散特性的研究方向可概括为:①考虑煤粒形状的瓦斯扩散特性的研究; ②吸附解吸迟滞现象对煤粒瓦斯扩散特性的影响; ③开展多物理场耦合作用下的煤粒瓦斯扩散特性研究。     

煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型

为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。     

煤的分形孔隙结构特征的研究

通过用分形理论进一步研究了煤的孔隙结构,通过煤的孔隙结构分形特征把扎隙结构划分为3种孔隙系统,即大孔、中扎和微孔,探讨了分维D2的物理意义及同煤质的关系,初步提出分维D2可以用来作为煤与瓦斯突出的预测指标。     

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。     

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。     

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。     

储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。建立了毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高。     

煤的孔隙系统分形规律的研究

介绍利用电镜法可得到煤孔超微结构的分布；煤孔隙性分布规律可用数学表达式予以定量化，为煤孔隙瓦斯吸附量、透气性系数等参数提供了有价值的数据。     

煤层孔隙裂系统的分形规律研究

煤层孔隙、裂隙分布符合分形规律，本文从分形几何学角度出发，通过对煤层孔隙、裂隙模型分维值的计算，实现了煤层孔隙、裂隙的定量描述，为研究煤岩物理结构及与之相关的一些问题提供了一条新的有效途径。     

煤粒瓦斯放散模型对比分析

根据煤粒瓦斯放散的机理,将常见的几种放散模型分为扩散型、渗透型、实验型3类。通过放散模型和实验结果的对比,表明渗透模型中的新解吸式与实验结果的拟合度最高;然后绘制了4种煤样在不同初始瓦斯压力下新解吸式和实测结果的对比曲线,发现两者在各种条件下都比较吻合。因此,新解吸式可较准确地描述煤粒瓦斯的放散规律,有助于指导工程实践,进一步分析还得出煤粒中的瓦斯放散更符合达西定律。     

定容和定压条件下煤粒瓦斯吸附特性研究

为了比较不同条件对瓦斯吸附常数的影响,研究了5种不同煤阶的煤样在7个不同压力点下进行的瓦斯吸附试验,试验分为定容和定压动态2类瓦斯吸附试验,分别获得了定容及定压条件下的吸附平衡点数据,结合Langmuir单分子层理论求出了定容及定压条件下的吸附常数a、b值,并进一步讨论了造成a、b值差异的原因。结果表明:定容和定压2种试验条件对瓦斯饱和吸附量(a值)影响很小,但对瓦斯吸附速率(b值)影响较大,即定压条件下瓦斯吸附速率要大于定容条件下瓦斯吸附速率;进一步得出吸附常数a值随挥发分增大而减小,说明瓦斯饱和吸附量随煤阶的增高而增大。     

不同变质程度煤孔隙体积分形研究

选取了几组不同变质程度的煤样,进行孔隙度的分形研究试验,并采用最小二乘法将所测得的不同变质程度煤的各组试验数据进行数据拟合,得出不同变质程度煤的分形维数,从而获得煤的变质程度与分形维数间的变化关系,从这几组试验分析结果可以得出:随着煤变质程度的不断升高,分形维数逐渐降低,到中变质程度时煤的分形维数迅速升高又逐渐降低。     

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。     

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。     

煤岩孔隙结构分形特征表征方法研究

煤岩孔隙结构对煤层气解吸、扩散、渗流具有重要影响。分形理论为孔隙结构研究提供了有效的方法,但目前对煤岩孔隙分形特征的表征方法尚未形成统一认识,需要进一步研究。从分形定义出发,建立了新的煤岩孔隙结构分形特征表征方法,然后通过煤岩压汞实验对分形定义法和文章新建方法进行对比评价,最后对煤岩分形区间和分形维数进行了探讨。结果表明,通过文章提出的毛管压力法确定的分形区间和分形维数与通过分形定义法得到的结果非常接近,是表征煤岩孔隙结构分形特征的有效方法;煤岩在整个孔隙空间上具有分形特征,且其分形维数能够有效表征煤储层非均质性,分形维数越大,煤储层物性越差,非均质性越强。