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2021年第02期
2021-03-19
37

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

  • 作者:

    李波波
    王斌
    杨康
    任崇鸿
    袁梅
    许江
  • 关键词:

    电镜扫描
    孔裂隙结构
    盒维数
    煤岩渗透率
    孔隙直径
    孔裂隙分形特征
    孔隙压力
  • 作者单位:

    贵州大学 矿业学院
    贵州大学 喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室
    山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地
    重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

摘要

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摘要:

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。

李波波,王斌,杨康,等.煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究[J].煤炭科学技术,2021,49(2):226-231.doi:10.13199/j.cnki.cst.2021.02.026 LI Bobo,WANG Bin,YANG Kang,et al.Study on fractal characteristics of coal and rock pore fissure structure and permeability model[J].Coal Science and Technology,2021,49(2):226-231.doi:10.13199/j.cnki.cst.2021.02.026

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