CT重构煤体结构与瓦斯渗流模拟研究

"这篇论文详细探讨了CT三维重构技术在煤体结构分析及瓦斯渗流数值模拟中的应用。通过CT扫描长焰煤切片，使用Image J软件处理图像，将xy平面切片调整为60μm×80μm，并选取120张连续切片在Avizo中进行三维重构。研究中采用CFX流体仿真模拟方法对重构的煤体进行低压瓦斯渗流模拟，以此探究瓦斯在煤体内的渗流规律。结果揭示了煤样孔隙的体积分形维数为2.56，xy切面方向的分形维数范围在14.2～1.56之间。比较了等价孔隙网络模型与球棒模型的准确性，发现前者更精确，计算出的孔隙数为1 760，吼道数为956。此外，研究还发现沿+z方向的压降速度远低于沿-z方向，而-z方向的渗流速度显著高于+z方向，最大流速可达600 m/s，是+z方向的1.5倍。在xy切面上，两种方向的平均渗流质量流量主要处于10^-10 kg/s的数量级。整个渗流过程表现出势能与动能之间的转换特性。" 本文着重讨论了CT技术在地质学领域的应用，特别是针对煤炭结构的分析。CT扫描可以提供煤体内部的高分辨率图像，这些图像进一步用于三维重构，为理解煤体的微观孔隙结构提供了直观的视觉资料。通过分形维数的计算，可以量化描述煤体孔隙结构的复杂性，这对分析瓦斯渗流行为至关重要。在数值模拟过程中，作者比较了不同的建模方法，如等价孔隙网络模型与传统的球棒模型，前者能够更准确地反映实际孔隙结构，有助于提高模拟精度。 在瓦斯渗流模拟部分，研究强调了方向性的影响，即在煤体中，瓦斯流动的方向对其速度和压降有显著影响。这种差异可能与煤体的孔隙结构、渗透率以及力学性质有关。流速的差异表明，瓦斯在某些方向上的迁移可能更快，这在考虑矿井安全和瓦斯抽采策略时具有实际意义。最后，平均渗流质量流量的评估揭示了渗流过程的能量转换特征，这对于理解和预测矿井瓦斯动态行为具有指导作用。 总体而言，该研究通过综合运用CT三维重构、分形理论和数值模拟技术，深入剖析了煤体瓦斯渗流的物理过程，为煤炭工业的安全开采和瓦斯管理提供了科学依据。这项工作不仅拓展了CT技术在地质学的应用范围，也为未来的岩土工程和矿产资源领域提供了新的研究方法。