煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

• Published in: 煤炭科学技术 Vol. 49; no. 2; pp. 226 - 231
• Main Authors: 李波波, 王斌, 杨康, 任崇鸿, 袁梅, 许江
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 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,山东 青岛 266590%贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550025%贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550025 19.03.2021; 贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550025; 贵州大学 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州 贵阳 550025; 贵州大学 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州 贵阳 550025%重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044
• Subjects: 渗透率; 盒维数; 孔裂隙分形特征; 孔裂隙结构; 孔隙压力; 孔隙直径; 电镜扫描
• ISSN: 0253-2336
• DOI: 10.13199/j.cnki.cst.2021.02.026

P618; 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.