不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其研究意义
张昆1
孟召平2
金毅1
王保玉1
1.河南理工大学资源环境学院,河南焦作 4540032.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院,北京 100083
摘要：煤层气的赋存和产出与煤储层孔隙系统的发育程度有关,原生结构煤层受到破坏变形后其孔隙结构特征将发生明显的变化,从而影响煤层气的吸附/解吸和扩散过程.通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层不同煤体结构样品进行低温液氮、低压二氧化碳吸附分析和等温吸附试验,分析了不同破坏强度煤的孔隙结构和吸附性变化规律;应用试验数据和数值分形模型,揭示了不同煤体结构煤的孔隙结构分形特征及其对煤中甲烷吸附、扩散的影响.结果表明:随着煤体结构破坏强度的增大,煤的比表面积和孔隙容积均增大,50～300 nm的孔隙所占比例逐渐降低,2～50 nm的微孔和中孔以及小于2nm的超微孔增加,超微孔为煤中主要吸附孔,孔径主要分布在0.45～0.65 nm和0.80～1.0 nm.N2、CO2 和CH4 的吸附量随煤体结构破坏程度的增大而增加,吸附性由大到小顺序为原生结构>糜棱结构>碎粒结构>碎裂结构.微孔、中孔和大孔孔隙结构分形维数表明,构造变形后的煤孔隙结构将被简单化,破坏程度较强的煤具有较粗糙的孔隙表面(对应较高的D1)和较为均质的孔径分布(对应较低的D2);而超微孔分形维数Dm随着煤体结构破坏强度的增加逐渐增大,且与Langmuir VL和对应的比表面积呈正相关性,说明煤表面粗糙度增大导致比表面积增大,为煤中气体吸附提供了较多的具有高吸附势的吸附点位,吸附性增强.有效扩散系数、孔容与分形维数D1 呈正相关性,与D2 成负相关性,表明原生结构煤孔隙结构被破坏后连通性变好,孔隙容积增大,气体进出效率提升,扩散效率增大.
关键词：煤体结构孔隙结构分形模型分形维数煤层气
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)P168(射电天文学（无线电天文学）)
资助基金：国家自然科学基金(42202208)国家自然科学基金(42172190)国家自然科学基金(41972175)
论文发表日期：2023-10-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 198-206 )
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