采矿与安全工程学报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (3): 458-469.doi: 10.13545 /j.cnki.jmse.2021.0630
煤体孔隙结构综合表征及全孔径分形特征
刘怀谦，王磊，谢广祥，袁秋鹏，朱传奇，焦振华
1.中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院，北京 100083；2.安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001
摘要： 为探究煤体孔隙结构及全孔径分形特征，借助压汞和低温液氮吸附试验，结合微焦点CT扫描系统，分别表征了取自海湾煤矿5-2煤（#1）和顾北煤矿中央1煤（#2）煤样的孔隙结构，并基于分形理论对比分析了煤样全孔径分布的复杂程度。结果表明：1）#1煤体孔隙结构发育，微孔至大孔都具有开放性，裂隙由上端面倾斜蜿蜒延伸至下端面，两者在空间上形成网状拓扑结构，而#2煤体存在大量孤立孔隙，微孔多属于封闭孔或半开放孔，裂隙结构数量较少，两者难以形成孔裂隙拓扑结构，不利于瓦斯渗流；2）#1、#2煤体孔隙比表面积大部分由微孔和过渡孔贡献，但两者孔容占比差异明显，#1煤体大孔、中孔孔容占比较高，而#2煤体孔容主要由微孔和过渡孔贡献；3）综合比较三种表征手段存在的缺陷，提出了可表征全孔径分形维数的新方法，得出低温液氮吸附法所表征的孔径优势区间内，#1煤体孔径分布较#2煤体的非均质性更强，即孔隙结构更为复杂，高压压汞法所表征的孔径优势区间内，#2煤体孔隙结构较#1煤体更复杂，但两者在中孔范围孔隙结构的差异最为显著，微焦点CT扫描所表征的孔径优势区间内，孔隙结构非均质性大体相同，差异在于孔隙数量；4）多手段联合表征煤体孔隙结构特征，可校正高压阶段煤基质的“压缩效应”和孔裂隙压缩破坏以及微孔、过渡孔测定时的“屏蔽效应”或因样品尺寸导致大孔及可见孔被忽略而导致分形维数产生的误差，是研究及评价气固耦合和瓦斯赋存、扩散及渗流的基础。
中图分类号:
