基于显微CT巷道围岩孔隙结构试验研究

矿井巷道围岩的孔隙结构是影响巷道围岩稳定性的一个重要地质因素,在对山西煤炭运销集团所属矿井巷道围岩稳定性控制调研的基础上,以常见的炭质泥岩、砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩、中砂岩、K2石灰岩作为研究对象,对其进行了显微CT无损伤探测,采用Matlab软件对岩样的显微CT图像进行了数字图像处理和三维重构,并对其孔隙孔径和孔隙率等孔隙结构参数进行了研究.结果表明:显微CT为研究巷道围岩的孔隙结构提供了一种新方法,孔隙孔径在1.47～11.76μm时,巷道围岩的孔隙率随着孔隙孔径的增加呈负指数规律减少.     

滤饼结构与分数维

对４种不同粒度的赤铁矿及其絮凝物料的真空过滤滤饼，进行了扫描电镜拍照和图像分析。揭示了添加絮凝剂对滤饼结构的影响以及滤饼结构与物料粒度的关系。在此基础上，利用小岛法测定计算了各种滤饼孔隙断面边界的分数维。滤饼孔隙边界的分数维可以很好地反映滤饼的微观结构，分数维值愈大，滤饼孔隙愈不规则，孔隙内壁愈粗糙，表面积愈大。     

煤泥水压滤滤饼孔隙结构特征研究

滤饼的孔隙结构是影响煤泥水过滤效果的关键因素,但煤泥滤饼孔隙结构测量中存在滤饼结构易损坏和煤颗粒与孔隙难区分的难题。为了深入研究煤泥水压滤滤饼孔隙结构特征,建立了煤泥滤饼固化装置与方法,利用偏光显微镜研究了入料中-0.074 mm粒级含量、过滤压力对煤泥滤饼孔隙结构的影响。结果表明:随着入料中-0.074 mm粒级含量增加,滤饼孔径、孔面积和孔隙率降低速率变缓,孔隙孔径分布范围变窄,孔隙构成中的小孔径孔隙所占比例增加,孔隙截面边界分形维数变大,滤饼孔隙截面边界更曲折,孔隙结构更复杂;煤泥水过滤压力增加主要压缩滤饼中的大孔径孔隙,过滤压力越大,滤饼孔隙压缩越严重,滤饼孔隙率越低,孔隙截面边界分形维数越大,滤饼孔隙边界越曲折,孔隙结构越复杂。     

基于核磁共振技术的煤体微观孔隙结构研究

为了了解煤样的微观孔隙结构特征,应用核磁共振技术(NMR)对煤样孔隙类型、连通性、孔径分布等特性进行分析,结合X射线衍射(XRD)和计算机断层(X-CT)扫描测试结果探究了煤样的物相组成、矿物质成分及表观形貌特征。结果表明:测试煤样含有多种矿物质成分,主要为高岭石、方解石和黄铁矿等,矿物质主要夹杂在煤样割理系统中;NMR测试的横向弛豫时间T2谱呈典型的三峰曲线,依照0.5~5 ms,5~100 ms,和100 ms的弛豫时间区间可将煤样内部孔隙类型对应为吸附孔、渗流孔和扩散孔;所测煤样的T2截止值在10~20 ms之间,表明具有高度发育的微观孔隙和较为发育的中孔结构;NMR的测试结果与CT扫描的三维可视化分析结果相吻合,证实样品具有较高的非均质性。NMR技术能较好弥补CT扫描在微孔观测中的不足,呈现出更为具体的煤样内部微观孔隙特征。     

滤饼结构的分形研究

利用SM505型扫描电镜和IDASKAT380型自动图象分析仪等现代测试手段,对不同条件下形成的滤饼进行了测试,从分形理论出发,研究了滤饼结构的分形特征。结果表明,滤饼结构为一个分段sierprinski分形,可以用分形数学模型来描述滤饼结构、分维数值与物料性质、过滤浓度和过滤压差等,其大小反映了孔隙尺寸的分布情况和滤饼的可滤性。     

基于分形特征的煤泥滤饼孔渗关系模型研究

建立滤饼复杂微观孔隙结构特征与宏观渗流行为的相关关系是解决煤泥脱水困难的重要基础。为了真实、精确、直观地表征滤饼孔隙结构特征并建立其孔-渗关系模型,选取煤泥复杂组分中的精煤、石英、高岭石和蒙脱石4种主要矿物为研究对象,分别对其进行加压过滤试验并对其滤饼样品进行CT扫描成像,构建三维数字滤饼并提取孔隙网络模型,最终实现了滤饼孔隙结构的三维显示和定量表征,深入对比分析了经典KC方程和双重分形渗透率模型在滤饼渗透率计算方面的局限性,基于分形理论、Hagen-Poiseulle定律和Darcy定律,结合低场核磁共振技术引入束缚水饱和度和孔隙形状分形维数,对现有分形渗透率模型进行修正,建立了滤饼微观渗透率预测模型,结果表明：煤泥滤饼中矿物成分非常复杂,各个矿物所形成的滤饼具有明显的特征差异,精煤和石英脱水效果最佳,精煤滤饼的孔径分布以大孔为主,但内部存在一定量的孤立小孔,连通性一般,孔隙迂曲度最低,石英滤饼孔隙率最大,连通性最高,但迂曲度较大;蒙脱石和高岭石所形成的滤饼,孔隙数量极少,而且多由10μm以下的细孔所组成,迂曲度较大,连通性也较差,脱水十分困难;煤泥滤饼以狭窄条状分布为主,且孔径较小...     

基于显微CT的不同煤体结构煤三维孔隙精细表征

为了定量研究不同煤体结构煤的孔隙连通性和渗透能力的差异性,以渭北煤田韩城矿区为研究区,通过显微CT三维空间分析技术,采用多孔介质三维逾渗理论,开展了不同结构煤的孔隙三维建模分析,实现了对不同煤体结构煤中孔隙分布三维可视化的精细表征。结果表明:构造变形对煤的孔隙结构有深刻的影响;不同变形机制对煤的孔隙度、孔隙团数和最大孔隙团规模有着不同的影响,导致逾渗概率发生明显的变化;三维逾渗概率表明煤孔隙连通性和渗透率随变形程度增加呈现先升后降的变化趋势。碎裂煤孔隙团连通性最好,渗透性最强;糜棱煤孔隙团连通性最差,渗透性最弱。研究认为脆性破坏可促进外生孔和微裂隙的发育程度,加强孔裂隙间的连通性,提升煤岩渗透性;在脆韧性-韧性变形作用下,孔隙、微裂隙、矿物以及煤岩分布的非均质性明显增强,造成孔隙连通性变差,渗透率降低。     

CT技术研究堆浸散体孔隙结构现状及展望

概述了CT技术的基本原理和应用,介绍了CT技术研究散体孔隙结构在国内外的应用现状,指出了CT技术研究堆浸散体所存在的问题,对运用CT技术研究生物浸铀过程中孔隙结构变化特征的前景进行了展望。最后指出X射线CT技术对堆浸散体孔隙结构的研究,可深入研究浸矿过程孔隙变化特征与溶质运移之间的关系,提高对堆浸体系生物浸出机理的认识。     

基于CT技术的不同煤体结构煤的孔隙结构分析

为了有效地分析不同煤体结构煤中孔隙结构的变化特征,从实现精细化、无损化和定量化入手,应用μCT225kVFCB型高精度CT试验分析系统,分析了4类煤样(原生结构煤、碎裂煤、鳞片煤和糜棱煤)大孔级孔隙分布特征。通过显微CT切片,结合扫描电子显微镜图像,直观观测了不同煤体结构煤的孔隙类型和显微构造,分析了构造变形对煤孔隙结构的影响规律。结果表明:不同煤体结构煤孔隙直径一般小于5μm,但后期构造应力改变了煤的孔隙结构。与原生结构煤相比,碎裂煤阶段遭受脆性破裂,形成大量外生孔和微裂隙,面孔隙率和平均孔径最大;糜棱煤阶段发生塑性流变,糜棱质发育,充填孔隙,面孔隙率和平均孔径最小。     

基于小角X射线散射的灰分对煤孔隙结构的影响研究

为研究灰分对煤孔隙结构的影响,采用小角X射线散射(SAXS)定量解析了4个低挥发分烟煤脱灰前后的散射曲线和孔隙参数的变化规律。结果表明,所有煤样灰分主位于散射矢量1.0~2.0 nm-1(对应孔隙尺寸3~6 nm)区间;所有煤样Porod曲线呈正偏离;相比未脱灰样,脱灰样孔隙数量、孔体积、孔比表面积和孔表面分形维数增大,微孔比例增加,最可几孔径和平均孔径下降。结论表明SAXS能够有效地表征煤中孔隙分布。     

基于小角X射线散射构造煤孔隙结构的研究

为研究不同变形程度构造煤的孔隙结构特征,采用小角X射线散射(SAXS)和低温氮吸附相结合的方法,分析了重庆中梁山南矿不同类型构造煤的孔径、孔体积、比表面积和表面分形维数等参数的变化规律。SAXS研究结果表明,随着煤的变形程度增强,X射线散射强度增大,煤中微孔比例增加,最可几孔径减小,孔隙表面分形维数增大,这与低温氮吸附的结果一致。但由于两种方法的测试原理不同,SAXS所测孔隙比表面积高出低温氮吸附结果 1~2个数量级。     

典型软硬煤全孔径孔隙结构差异性研究

煤体孔隙结构研究主要侧重于某一种孔隙结构测定技术方法,而单一测定方法在原理上不能准确表征煤体多尺度孔裂隙结构特征。在分析压汞法、液氮吸附法、二氧化碳吸附法以及小角X射线散射法4种试验方法的试验原理、适用条件和煤体物性特征基础上,提出了基于数据融合的煤全孔径孔隙结构集成测定和表征方法。采用新方法从孔隙形状、孔容、比表面积、孔径分布4个方面,研究了2种不同变质程度软硬煤孔隙结构的差异性。结果表明:煤全孔径孔隙结构集成测定和表征方法融合了上述4种方法测定孔隙结构的优势,结果更可靠、合理; 2种煤样的软煤总孔容大于硬煤,软硬煤大孔孔容所占比例最大,且两者阶段孔容的差异性主要在于中孔和大孔阶段,其中中孔差距最为明显。而软煤微孔孔比表面积远大于硬煤。构造作用对于高变质程度煤的中孔孔容发育影响最大,对于低变质程度煤的大孔孔容发育影响最大;构造作用对于低变质程度煤的微孔表面积影响较小。上述研究成果为开展煤体多尺度孔隙的瓦斯吸附、运移规律和机理研究奠定了物性基础。     

低渗透储层微观孔隙结构及其微观剩余油分布模式

通过对文东油田沙三中亚段岩芯观测、岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜以及压汞资料分析储层微观孔隙结构特征的基础上，通过不同渗透率的真实储层模型水驱油实验，分析了储层微观孔隙结构与驱油效率的关系，及其对微观剩余油分布模式的影响，进一步研究了低渗透储层的微观水驱油机理。     

μCT技术研究煤的孔隙结构和分形特征

煤的孔隙结构是影响煤中气体吸附和渗流的一个重要因素。从实现精细化、无损化和定量化入手,应用μCT 225kVFCB型高精度CT试验分析系统,通过显微CT切片,提取研究了4个煤样孔隙分布特征,讨论了煤级、煤显微组分和灰分对煤孔隙结构的影响程度。采用公约数网格序列盒维数法定量表征了孔隙结构的复杂程度和不规则性,探讨了孔隙率、渗透率和分形维数的关系。研究表明,研究煤样的孔隙分布总体受煤显微组分含量控制,同时煤中矿物充填作用在一定程度上降低了煤的孔隙率、平均孔径和孔隙数量。煤孔隙分形维数D的变化与孔隙分布特征密切相关,有效地反映了孔隙结构的非均质性。孔隙率、渗透率与分形维数呈现显著的幂指数正相关关系。由此指示,基于显微CT切片的煤孔隙分形维数可作为煤储层孔隙特征和渗透性评价的定量指标之一。     

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。     

影响细粉煤滤饼含湿量的主要因素研究

在实验室条件下对5种变质程度不同的细粉煤进行了过滤脱水研究,探讨了煤的变质程度、粒度组成以及过滤推动力对滤饼含湿量的影响。结果表明,随着煤料的超细粉含量增加和煤变质程度降低,滤饼含湿量和过滤操作时间均增加,随过滤推动力的增加,滤饼的含湿量降低,煤料的粒度越细,过滤推动力的影响越显著。     

基于计算机断层扫描的岩土体孔隙结构特征识别

岩土体孔隙结构特征对其工程地质性质有重要控制作用.基于计算机断层扫描(CT扫描),提出一种结合边缘检测的自适应阈值分割方法(ATE方法)用于识别岩土体孔隙结构特征,该方法综合考量CT扫描图像的灰度分布特征和灰度梯度变化特征,规避了传统方法因CT扫描图像中灰度分布不均导致孔隙识别精度差或识别效果不稳定的问题.考虑到黄土孔...