构造煤孔隙结构多尺度分形表征及影响因素研究 论文

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CO2吸附法、低温N2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CO2吸附数据的微孔填充模型、基于N2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、总比表面积对构造煤孔隙分形维数的影响程度最大。