低渗透煤层微观孔隙结构研究及应用

采矿实践中煤层诸多宏观现象及宏观性能和煤层微观孔隙结构之间存在着本质的联系，微观孔隙结构研究对于认识和解释宏观现象或性质是一种行之有效的手段，对于各地区煤炭开发利用具有重要的价值和意义。 本文采用现场调研、室内实验测试与理论分析相结合的方法，对神华新疆乌鲁木齐小红沟煤矿低渗透煤层微观孔隙结构展开研究，主要研究内容和结论如下： （1）通过对新疆煤样品B1B6煤样低温氮吸附法实验，测定了煤样的比表面积、孔容、孔径及孔隙分布情况，分析了各个煤样吸脱附等温线线型及孔径分布规律，建立了煤层孔隙结构的孔隙体积分维模型和孔隙面积分维模型两种分形模型，指出两种分维中任意一种分维均可反映煤层煤样孔隙半径分布情况，得出孔隙半径分布分维是描述煤的孔隙结构特性的一个重要参数，它反映了煤样孔隙内在的特征及煤层煤样孔结构的复杂程度，反映了多孔介质孔隙的复杂性及形状的不规则性。 （2）通过扫描电镜实验，观察分析了煤层煤样的微观孔隙结构类型以及表面矿物颗粒分布以及孔裂隙矿物填充情况，结合XRD实验具体确定了这些矿物颗粒成分，指出一些特殊粘土矿物成分的存在既是煤层煤样微观孔隙结构的组成部分，也将对煤体的宏观性质产生重要影响。另外，基于SEM图片数据，建立了煤样孔隙表面分形维数模型和煤样孔隙分布分维模型两种平面分维模型，指出两种分维数值大小关系基本一样且均反映了孔隙分布的不均匀性。 （3）最后通过两例宏观应用研究，继续深入研究煤层微观孔隙结构，同时揭示了微观孔隙研究和煤层宏观性质及宏观现象联系。首先，通过室内试验测试了煤样的孔隙度和渗透率，分析了各分形维数与煤样孔隙度和渗透率间关系，指出煤层孔隙结构与物性参数之间关系；又通过对煤样SEM图片进行图像处理，利用分形研究手段提取了煤层微观孔隙结构特征的分形系数，对煤岩微观孔隙结构进行了多尺度精确描述，并将此煤岩多尺度分形特征成功用于流体运移机理解释。