液氮循环冷冲击煤体孔裂隙结构演化的多重分形特征
温鸿达1
翟成1
徐吉钊1
孙勇2
王宇1
徐鹤翔1
孙培钦1
余子健1
温健1
1.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116;煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏徐州 2211162.中国矿业大学低碳能源与动力工程学院,江苏徐州 221116
摘要：为探究液氮循环冷冲击对煤体孔裂隙结构的影响,开展不同循环次数(5、10、15、20次)液氮冷冲击致裂煤体试验.采用大尺寸核磁共振分析仪测试获得了循环冷冲击煤样T2谱以及核磁共振成像.引入多重分形理论对冷冲击次数煤体乃谱与核磁共振成像的非均匀演化特征进行量化评估,基于斯皮尔曼相关性分析建立循环次数与多重分形特征参数变化量的量化关系,从而揭示液氮循环冷冲击作用煤体孔裂隙结构非均匀演化特征.结果表明:液氮循环冷冲击处理显著改变了煤体孔裂隙结构,表现出非线性饱和特征.低循环次数(5～10次)时,孔隙率增量由1.76％快速提至2.05％.随循环次数的增加(10～20次),损伤逐渐累积使微小孔隙相互贯通形成较大孔裂隙,孔隙率增量放缓由2.05％提升至2.13％.核磁共振成像揭示了煤体内孔裂隙非均匀分布的特征,循环冷冲击作用下新生孔裂隙主要沿原始孔隙扩展,孔隙发育区域更易发生贯通性损伤,形成局部条带状高渗透通道,使煤样孔隙连通性增强.乃谱与核磁共振成像多重分形结果联合揭示了循环冷冲击作用下煤体孔裂隙非均匀演化特征,随循环次数增加,煤体内部孔径分布的均质性增强,但孔隙空间分布均质性降低.T2谱多重分形主要侧重于对样品内孔径大小和数量进行量化表征,核磁共振成像多重分形更侧重于对孔隙空间非均匀量化表征.研究构建了多重分形参量变化量与循环次数之间的拟合关系,直观揭示了循环冷冲击对煤体孔裂隙损伤作用的非线性饱和特性.对核磁共振曲线与核磁共振成像的多重分形特征参数进行综合分析,可更直观地反映煤体内部孔裂隙非均匀动态演化规律,为液氮压裂现场施工参数设置提供数据支撑,对于施工参数优化具有指导意义.
关键词：无水化技术液氮冷冲击孔隙结构核磁共振多重分形
分类号：TD712.6(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2020YFA0711800)江苏省研究生创新计划资助项目(KYCX25_2871)中国矿业大学研究生创新计划资助项目(2025WLKXJ170)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 4969-4985 )
英文信息