煤炭学报

作者：王守光, 穆鹏宇, 王嘉敏, 李海涛, 齐庆新,

关键词：椭球模型重构, 张量表征, 面裂隙结构, CT 扫描, 煤岩,

CT 扫描技术为观测煤岩内部裂隙提供了重要手段，然而由于煤岩 CT 扫描裂隙场的高度 复杂性，对其精确定量描述一直是行业内十分困难的问题。 通过 CT 扫描发现，煤岩内部裂隙结构 以面裂隙为主，因此针对 CT 扫描获得的煤岩面裂隙结构，提出了一种基于椭球模型的解决方案: 首先将煤岩 CT 扫描获得的面裂隙结构离散为三角形面网格，在 Geomagic Wrap 软件中对三角形面 网格进行简化和修复，得到一系列三角形裂隙面代替原有的裂隙结构;然后采用一种特殊的面椭 球，即旋转扁椭球，拟合每一个三角形面裂隙，据此实现对整个裂隙结构的椭球模型重构，详细给出 了二维空间和三维空间中面椭球重构的控制方程及求解策略，并验证了求解策略的可行性，给出了 椭球模型重构 CT 扫描裂隙场的精度分析;最后利用重构的椭球形裂隙场，分别设计面裂隙方向张 量与面裂隙组构张量，定量表征煤岩 CT 扫描面裂隙结构，同时给出了针对面裂隙方向张量与组构 张量的简便计算方法。 对于裂隙张量表征理论的应用，选取了简单面裂隙结构、CT 扫描获得的真 实复杂裂隙结构、真实裂隙场的演化过程等 3 个具体案例，验证了裂隙张量理论对煤岩复杂裂隙结 构的描述能力，并阐明了其与孔隙率、分形维数描述方法之间的异同。 关于椭球模型重构方法的应 用，除了有助于裂隙结构的定量表征，还介绍了其在裂隙煤岩等效弹性模量预测理论方面的应用前 景，并通过数值模拟分析初步验证了理论公式的适用性。

来源：2022年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2022年第7期