贵州大学 矿业学院贵州大学 喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
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#煤层孔裂隙发育情况最好具有两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其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,有助于瓦斯气体运移,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Lu模型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的适用,且能较好的反映孔隙压力与渗透率的联动关系。
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