煤岩孔裂隙分形特性：结构影响与渗透率模型验证

本研究旨在深入探讨煤岩孔裂隙结构与其渗透特性之间的密切关系。首先，研究团队利用扫描电镜、偏光显微镜以及分形几何分析方法，对六盘水矿区煤岩的孔隙和裂隙结构进行了细致的观察和描述，以四角田7#煤层为例，发现其表面存在着大量的孔隙和发育良好的裂隙，尤其是两条宽度较大的裂隙和众多交叉的微裂隙，这显著影响了煤岩的结构完整性。 在实验方面，他们利用自研的出口端正压三轴渗流装置，在恒定有效应力条件下，通过控制孔隙压力的变化，进行了渗透性测试。实验结果显示，煤岩的孔隙压力增加时，渗透率呈现出先急剧下降然后趋于稳定的动态变化，这一趋势揭示了孔裂隙结构对渗透率的重要影响。具体来说，复杂的孔裂隙结构，如分形特征明显的孔隙分布，与煤岩的渗透率有正相关性，即分形维数越高，渗透性越好，有利于瓦斯气体的迁移。 为了定量描述这种关联，研究者结合分形理论，构建了一种考虑煤岩孔裂隙分形特征的渗透率模型。该模型经过实际试验的验证，与现有Lu模型相比，不仅在理论机理上更为适用，而且在实际数据的拟合和预测方面表现更优，能够准确反映孔隙压力与渗透率的动态联动关系。 此外，利用盒维数法对煤岩孔裂隙的分形特性进行了量化分析，发现其分形维数可以作为煤岩孔隙结构复杂程度的指标，这对于理解和预测煤层的瓦斯运移行为具有重要意义。这项研究为煤岩孔裂隙结构对渗透率的影响提供了新的认识，并为煤层气开采和瓦斯控制策略提供了科学依据。李波波等人的研究成果对于优化矿井开采技术和防止瓦斯事故的发生具有重要的实践价值。