基于Bi-PTI模型的CT数字煤岩孔裂隙精准识别及阈值反演

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 4; pp. 1516 - 1526
• Main Authors: 郝晨光, 郭晓阳, 邓存宝, 张兴华, 赵博, 王荀
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 华阳新材料科技集团有限公司 博士后工作站, 山西 阳泉 045000%太原理工大学 安全与应急管理工程学院, 山西 太原 030024 01.04.2023; 山西焦煤集团有限责任公司 博士后工作站, 山西 太原 030021; 太原理工大学 安全与应急管理工程学院, 山西 太原 030024%太原理工大学 安全与应急管理工程学院, 山西 太原 030024
• Subjects: spatial structure; topological attributes; 煤孔裂隙; 空间结构; Bi-PTI model; Bi-PTI模型; digital coal rock; coal pores and fissures; 数字煤岩; 拓扑特征
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.0602

TQ531; 在CT数字煤岩研究领域,灰度阈值选取直接影响空间结构重建的准确性.为使孔裂隙空间重构数据能更精准地表征真实结构,提升煤岩微细观渗流研究的可靠性,建立了CT数字煤岩孔隙率与灰度阈值的映射关系,采用灰度阈值分布规律定量分析了孔裂隙和基质骨架的发育特征;构建了识别孔裂隙结构的Biphasic Pore Threshold Inversion灰度阈值模型(Bi-PTI模型),对不同变质煤CT扫描数据的孔裂隙最佳灰度阈值进行了数值反演,将模型计算获得的孔隙率与压汞测试值进行对比;基于最佳灰度阈值反演结果重建了孔裂隙空间结构,通过空间结构参数和拓扑结构参数与Otsu模型、MP-Otsu模型进行了对比分析.研究结果表明:CT数字煤岩孔隙率随灰度阈值的增加呈非对称S型分布,且具有指数增加-对数上升的分段特征;Bi-PTI模型能够较好地反映孔隙率与灰度阈值的映射关系,表征孔裂隙和基质骨架的发育特征;通过Otsu模型计算的孔隙率高达 70%以上,MP-Otsu模型计算的孔隙率受矿物含量影响较大,而Bi-PTI模型在 0.40%～16.22%,更接近压汞实测数据;Bi-PTI模型可以弥补因孔裂隙过度识别导致的空间重构缺陷,实现小尺度孔裂隙空间结构的精准识别;Otsu模型极易忽略部分孔隙拓扑结构,MP-Otsu模型对低矿物含量煤体的拓扑结构重建效果不佳,而Bi-PTI模型对缺陷位置拓扑特征具有较好的识别能力,能够真实还原孔裂隙拓扑体系的孔喉丰度和连通特性.