11832.低滲透煤層孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征及力學性質(zhì)研究

1、論文題目：低滲透煤層孔隙結(jié)構(gòu)的分形特征及力學性質(zhì)研究專業(yè)：采礦工程碩士生：張憧（簽名）指導(dǎo)教師：鄧廣哲（簽名）摘要本文針對新疆低滲透煤層水壓致裂工程中存在的問題，在低溫氮吸附和掃描電鏡實驗基礎(chǔ)上，基于分形理論研究了低滲透煤層B1~B6煤的孔隙分形特征；根據(jù)微觀孔隙掃描電鏡實驗，采用多點統(tǒng)計法構(gòu)建了三維孔隙模型；主要研究了孔隙分維數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)、微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征及其物理力學性質(zhì)之間的關(guān)系；可將研究結(jié)果應(yīng)用于新疆低滲透煤層B1~B6水壓致裂工

2、程中，對于壓裂液損失、瓦斯釋放等科研課題具有重要的價值和意義。本文主要內(nèi)容如下：（1）總結(jié)了孔隙分形的常用模型、量測方法的適用范圍，分析得到孔隙分布維數(shù)值在1~2之間，孔隙體積、比表面積、表面分形維數(shù)值在2~3之間。（2）通過低溫氮吸附試驗及掃描電鏡實驗，測定B1~B6煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)并分析了其結(jié)構(gòu)特征；根據(jù)孔隙SEM實驗，建立了孔隙度為1.86%、3.7%、7.4%、11.2%的圓柱三維重構(gòu)模型；（3）采用孔隙分維數(shù)表達式計算了B1

3、~B6煤樣的孔隙體積、比表面積、表面、孔隙分布分維數(shù)值；分析了孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與分維數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明孔隙體積、比表面積、表面分維數(shù)能夠較好地表征孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性和復(fù)雜程度；采用灰色關(guān)聯(lián)度理論對各孔隙分維數(shù)的影響因素進行了分析。（4）實驗測定了B1~B6煤樣的孔隙度及滲透率，研究了煤體孔隙結(jié)構(gòu)與宏觀物性之間的關(guān)系，確定孔隙分布分維數(shù)可以用來計算孔隙介質(zhì)的滲透率，綜合分析了各煤樣對氣體的吸附能力；數(shù)值模擬了不同孔隙度下模型的單軸壓縮過程，分

4、析了模型破裂的應(yīng)力分布情況，研究了孔隙度與抗壓強度及分形維數(shù)的關(guān)系。關(guān)鍵詞：低滲透煤層；孔隙結(jié)構(gòu)；分形維數(shù)；滲透率；三維重構(gòu)；數(shù)值模擬研究類型：應(yīng)用研究Subject：TheStudyofLowPermeabilityCoalSeamPestructureFractalacteristicsMechanicalPropertiesSpecialty：MiningEngineeringName：ZhangChong(Signature)I

5、nstruct：DengGuangzhe(Signature)ABSTRACTThispaperisaimedattheproblemsofhydraulicfracturingengineeringinXinJianglowpermeabilitycoalseamthroughlowtemperaturenitrogenabsptionSEMexperimentsthefractaltheyisappliedtostudythefra

6、ctalacteristicsoflowpermeabilitycoalseamB1~B6coalsamplesbasedonmicropeSEMexperimentsmultipointstatisticalmethodisuesdtobuildthethreedimensionalpousmodelmainlystudyingtherelationshipsbetweenpefractaldimensionspestructurem

7、icropestructureacteristicsmacrophysicalmechanicalpropertiestheresearchescanbeappliedtothehydraulicfracturingengineeringofXinJianglowpermeabilitycoalseamitismeaningfulvaluefthescientificresearchoffracturingfluidlossgasrel

8、easethemaincontentsareasfollows:(1)Thecommonmodelsapplicationrangeofmeasurementmethodsaresummarizedanalyzingthepedistributiondimensionwithitsvalueis1~2thepevolumethespecificsurfaceareasurfacedimensionswiththeirvaluesare2

9、~3.(2)ThroughlowtemperaturenitrogenabsptionSEMexperimentsB1~B6pestructureparametersaremeasuredthenstructureacteristicsareanalyzedbasedonthepeSEMexperimentsbuildingthecylinderthreedimensionalreconstructionmodelswhoseposit

10、iesare1.86%3.7%7.4%11.2%respectively.(3)PedimensionexpressionsareappliedtocalculatethepevolumethespecificsurfaceareasurfacedimensionsofB1~B6coalsamplestherelationshipsbetweenpestructureparametersdimensionsareanalyzedwhic

11、hshowthatthepevolumespecificsurfaceareasurfacedimensionscanbetteracterizetheheterogeneitycomplexityofthepestructureGreyRelationalTheyisappliedtoanalyzetheimpactfactsofallpedimensions.(4)ThepositypermeabilityofB1~B6coalsa