不同变质程度煤孔隙结构分形特征对瓦斯吸附性影响

为研究不同变质程度煤孔隙结构分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响,通过压汞试验测试了9组不同变质程度煤样孔隙结构,利用Menger海绵模型分析了不同变质程度煤孔隙结构分形特征,结合煤样吸附常数,研究了孔隙结构分形特征对瓦斯吸附特性的影响。研究结果表明,煤孔隙在不同孔径段具有不同的分形特征,渗流孔分形维数D_1和吸附孔分形维数D_2均随变质程度的增加呈线性增大。煤孔隙分形特征对瓦斯吸附特性具有一定的影响,渗流孔分形维数D_1与吸附常数b呈良好的线性关系,与极限吸附瓦斯量a的关联性不大,表明渗流孔分形维数D_1对吸附瓦斯速率影响较大,对吸附能力影响较小;吸附孔分形维数D_2与极限吸附量a呈正相关关系,与吸附常数b关联关系不明显,说明吸附孔分形维数D_2对瓦斯吸附能力影响较大,对吸附瓦斯速率影响不明显。     

新疆地区中低阶煤孔隙综合分形特征分析

为进一步分析中低阶煤孔隙结构的分形特征,选取新疆矿区8个典型煤样,通过低温氮吸附法和压汞法测试了煤样的孔隙参数,采用氮吸附法和压汞法对煤样全孔径段孔隙结构分析的联孔位置,发现对于低阶煤为50～60 nm,中阶煤为85～90 nm,均位于过渡孔段。为准确分析全孔径段孔隙分形特征,采用不同的模型对煤样的分形维数进行计算。研究结果表明:试验煤样中低阶煤,孔隙均发育良好;在孔径小于联孔范围内,采用FHH模型对氮吸附试验数据进行计算,得到煤样的分形维数D1在2.58～2.89之间,在孔径大于联孔范围内,采用Menger海绵模型对压汞试验数据进行计算,得到煤样的分形维数D2在2.72～3.23之间;中低阶煤在孔隙体积占比上存在一定差异,低阶煤在孔径小于联孔范围内占比超过60%,中阶煤在孔径大于联孔范围内占比超过50%。     

煤粉碎粒度分布的分形模型

从自相似分形几何原理出发,建立了煤粉碎粒度分布的分形模型,得到了煤粉碎的分形粒度分布公式。结果表明:煤粉碎的粒度分布维数取决于煤粒的粉碎概率和粉碎相似比,影响煤粉碎粒度分布的因素有煤粉碎的粒度分布维数和煤粉碎后煤粒的最大粒径,煤粉碎的粒度分布维数反映了煤粉碎后煤粉颗粒群粒级的粗细程度。通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了本模型的正确性,可用于指导工程实际。     

氧化剂处理前后煤孔隙分形特征研究

为了探究氧化剂对煤孔隙分形特征的影响,采集了千秋矿低阶煤、沙曲矿中阶煤和中马村矿的高阶煤样,使用二氧化氯和过硫酸铵对不同煤阶的煤样进行预处理,利用压汞法对氧化剂处理前后煤样的孔隙结构进行分析,并计算了其孔隙分形维数,同时分析了分形维数与曲折度和孔隙度的关系。结果表明:随煤阶升高,孔隙分形维数逐渐降低;经氧化剂处理后,煤样孔隙分形维数、曲折度和孔隙度均有不同程度的增大,表明氧化剂能够提高煤孔隙的复杂性同时有利于煤层气的解吸运移,且二氧化氯比过硫酸铵的促进效果更加明显;随孔隙分形维数增大,曲折度先减小后增大,孔隙分形维数D=2.80约为趋势线转折点,孔隙度则呈下降趋势。     

淮北朱仙庄矿构造煤孔隙结构及其分形表征研究

基于压汞法对淮北朱仙庄矿的构造煤孔隙发育特征进行了研究,采用Menger海绵模型对样品的渗流孔和扩散孔发育特征进行了研究。研究结果表明:构造对孔隙结构的改造作用随着孔隙尺度的减小而减弱,煤体结构变形增强,大孔和中孔的孔容增幅显著,过渡孔孔容有一定程度的增加,微孔孔容变化很小,孔隙结构变得复杂;分形维数对构造煤孔隙结构特征和煤体变形特征具有良好的表征作用,随着煤体变形增强,分形维数呈增大趋势,脆性变形阶段分形维数缓慢增大,样品分形差异逐渐变大,韧性变形阶段,分形维数显著增加,样品分形差异性相对减小。随着分形维数的增加,样品的孔容和孔隙度呈指数增大趋势;渗流孔的孔容比呈负指数形式减小,扩散孔的孔容比线性增大,分形维数D3.1时渗流孔所占比重高,随分形维数增大扩散孔孔容所占比重逐渐超过渗流孔;渗流通道增多,气体吸附能力增强,煤储层的渗透率往往减小。     

高压脉冲放电作用下破碎产物分形规律

高压电脉冲破碎是一种新型破碎技术,相比于传统机械破碎,具有能耗低、破碎产物单体解离度高、力学性能低等优势。通过建立破碎产物粒度分形模型及分形维数与筛下产率关系研究高压脉冲放电破碎颗粒粒度特性。研究表明,高压电脉冲破碎产物具有典型的粒度分形特征。针对负累计产率和筛孔尺寸在双对数坐标下进行线性拟合,结果表明,随着脉冲个数增加,线性回归系数增大、分形维数减小、残差平方和减小、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积减小;随着给料粒度增大,线性回归系数减小、分形维数增大、计算值曲线和试验值曲线所围成的面积增大。破碎产物分形规律为研究矿石破碎粒度特性提供了新的思路。     

黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响

为了定量描述煤储层孔隙结构的复杂程度,基于压汞试验测试结果,运用分形理论,对黔西地区不同煤阶的32个煤样进行了分形特征研究,并探讨了分形几何参数与煤储层孔渗性的关系。结果表明:煤储层孔隙分形维数可分为渗流分形维数和扩散分形维数,利用不同分形段的孔隙体积比作为权值,通过加权求和方法可得到综合分形维数;渗流分形维数随变质程度增加而减小,扩散分形维数和综合分形维数均随变质程度增加而增大;分形界限、扩散孔隙体积分数及总孔体积都与综合分形维数、扩散分形维数具有较好的相关性,而且3个指标参数与综合分形维数的相关系数均高于与扩散分形维数的相关系数;综合分形维数、分形界限及扩散孔隙体积分数与煤储层孔隙度之间为负幂指数相关关系,总孔体积与煤储层孔隙度为线性正相关关系,与渗流分形维数和扩散分形维数相比,综合分形维数更有利于表征煤储层渗透性。     

基于低温液氮吸附软硬煤孔隙结构分形特征研究

采用低温液氮吸附试验对软、硬煤孔隙结构分形特征进行研究,结果表明:软煤的吸附量大于硬煤的吸附量;软煤在高压段的分形维数大于硬煤在高压段的分形维数,软煤的吸附能力大于硬煤的吸附能力;无论对于软煤还是硬煤,低压段的分形维数小于高压段的分形维数,孔隙含量随着孔径的减小迅速增加。     

基于压汞法的煤基质压缩对孔隙分形特征的影响

基于分形拓扑理论提出了一种新的煤孔隙分形维数测定方法,并对比分析了当前各种孔隙分形维数计算方法的异同点,进而基于压汞试验和液氮吸附试验,研究了7个煤样基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响。试验结果表明,由分形拓扑的尺度不变定义推导的孔隙分形维数计算方法具有真实可靠性;煤基质压缩效应在压力大于10 MPa时影响显著,不可忽略,大于120 MPa时,不再适用;煤基质压缩校正前各方法对应的分形曲线多表现为分段特征,而校正后分形曲线则表现为整体的线性特征,且校正后的分形维数小于校正前的分形维数,表明煤的基质压缩效应会增加孔隙结构的复杂程度,从而影响真实孔隙结构的分形特征。     

石墨多孔介质孔隙度与比表面积的分形描述

为准确描述石墨多孔介质的孔隙结构，从Menger海绵模型出发，建立了石墨多孔介质的分形模型，推导了孔隙度和比表面积的分形表达式。关系式表明，石墨多孔介质的孔隙度和比表面积与等分数（m）、去掉的立方体个数（n）、迭代次数（i）有关，合理选择m、n、i是准确模拟的关键。压汞实验的结果表明，石墨试样体积分形维数在268~292之间，与Menger海绵的分形维数273较为接近，实验值与理论计算值基本吻合，可以应用分形理论描述石墨多孔介质的孔隙度与比表面积。     

新疆阜康矿区煤的吸附孔分形特征试验研究

为研究新疆阜康矿区煤的吸附孔分形特征,进行了低温氮吸附试验,采用BET模型和BJ H模型计算得到煤的孔隙比表面积及体积,应用FHH模型计算煤的孔隙分形维数,分析了分形维数与煤质参数及孔隙参数关系。试验结果表明:阜康矿区煤的孔隙A=D一3在研究尺度范围内分形特征明显,分形维数为2.25045~2.56277;煤的孔隙分形维数与水分呈负相关关系,与灰分呈正相关关系,与固定碳含量呈二次函数关系,与挥发分关系不明显;分形维数与孔隙直径为负相关关系,与孔隙比表面积、孔隙体积呈正相关关系;分形维数与中孔比表面积及体积占比呈负相关关系,与微孔和过渡孔体积占比呈正相关性,但与两者比表面积占比无明显关系。     

中低煤阶煤孔隙特征及对瓦斯放散特性的影响

为了研究中低煤阶煤孔隙特征及其对瓦斯放散特性的影响,对采集的中低煤阶长焰煤、气煤、焦煤和1/3焦煤4个煤类共计14组样品进行了煤工业分析、煤岩分析、液氮吸附和瓦斯放散初速度测试,结合分形理论研究了中低煤阶煤比表面积、孔容和孔隙分布特征及其瓦斯放散特性。结果表明:中低煤阶煤孔比表面积孔径分布主要以小孔和微孔为主,孔隙形态为以一端开口的孔为主,含有少量两端开口的孔,部分样品含有少量墨水瓶形孔。中低煤阶煤孔隙具有较好的分形特征,孔比表面积、孔容与分形维数具有明显的对数关系。中低阶煤瓦斯放散初速度较小,瓦斯放散初速度随着分形维数增大而减小,随着平均孔径的增大而增大。随着各孔径段孔容积、孔比表面积含量增加瓦斯放散初速度均呈负对数减小趋势,各孔径段比例和煤孔隙形态类型的细微变化对瓦斯放散初速度的影响不大。     

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CO_2吸附法、低温N_2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CO_2吸附数据的微孔填充模型、基于N_2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,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。     

氧在散体煤中的分形反应动力学研究

定义了散体煤的概念,分析了散体煤的结构,应用分形几何理论,分析了氧气在分形散煤体中的运移规律,推导了散体煤粒度分布维数、孔隙分形维数和粒度与孔隙分维的关系表达式.引入分形概率密度的概念,建立了氧气在散体煤中的分形扩散方程和散体煤颗粒分形表面氧气吸附速率方程.     

准噶尔盆地南缘低煤阶煤储层孔隙分形特征

基于压汞实验,以准噶尔盆地南缘低煤阶煤样为切入点,建立分形模型,表征煤储层孔隙的分形特征。结果表明:准南煤样孔隙度均值为6.29%,渗透率均值为0.05 m D,孔隙分形维数D=2.739~3.442,与惰质组、水分含量和孔隙度(7%)呈负相关关系,与灰分、镜质组含量呈正相关关系,同时煤储层的渗透性随着分形维数的增加有稍微减小的趋势,但是变化不明显。     

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。     

煤截割粒度分布规律的分形特征

为寻找煤粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤粒度分布的分形表达式,以此为基础,在不同截割条件下进行试验研究,并与威布尔分布作比较,寻找煤破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与影响参数的关系.试验分为3部分：首先,对不同结构参数的截齿、滚筒进行截割试验,根据试验结果对比2种分布函数对煤粒度分布表达的合适性,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同抗压强度(1.43,1.97,2.48 MPa)的模拟煤进行截割试验,寻找2种分布函数与煤抗压强度的关系;最后,通过变化截割运动参数,研究切屑厚度对煤粒度分布的影响及各参数与切屑厚度的关系.研究结果表明：威布尔分布、分形分布均可表示煤粒度的分布规律,但威布尔分布中的煤破碎特性指数、破碎程度参数不能正确反应煤的破碎程度以及与各截割参数间的关系;而分形分布的分形维数可以正确表达煤的破碎程度,并与煤抗压强度、切屑厚度呈线性关系.     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

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.     

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。