煤体孔隙结构综合表征及全孔径分形特征

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,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.