煤炭学报

作者：张开仲, 程远平, 王亮, 胡彪, 李伟,

关键词：孔隙结构, 多尺度, 连通性, 瓦斯赋存, 瓦斯运移,

煤层微观孔隙结构对瓦斯储运特性具有关键控制作用，厘清煤的复杂孔隙网络结构表征对 瓦斯高效抽采及灾害防治具有重要意义。 通过流体侵入法、光电辐射与数字岩心技术，分别从孔隙 多级性、网络特性、连通性、自相似性等开展对煤中孔隙网络结构特征的形态学、拓扑学和几何学新 表征。 结果表明:首先，随着孔隙尺度降低，多级孔隙形态由不规则外生孔转变为圆形矿物质孔或 气孔，且不同阶段孔径分布大致呈递减趋势，其中微孔空间占主导地位，孔容和比表面积分别占 56% ~ 85%和 92% ~ 98%;不同煤样多尺度孔隙的三维重构体现出多级性和相似性，具有微纳米网 络骨架特征且局部伴有纳米孔隙群，分别构成了储层气体运移微通道和主要赋存场所。 其次，根据 流体侵入法间接反映了孔隙网络连通性，运用分形维数论证了多级孔隙存在分段特征，且拟合系数 高于 0.9;利用数字岩心技术构建了具有拓扑等价的孔隙网络模型及其配位数，并基于泰勒多边形 的煤体微观分形结构阐释多级孔隙间以串联为主的结构配置关系，证明了煤样作为分形几何体的 可能性。 最后，论证了绝大多数瓦斯分子是以吸附态附着在“填充孔-扩散孔-渗流孔”多级结构 上，且微孔填充是煤中瓦斯主要赋存方式，其甲烷吸附量占比大都高于 90%;填充孔(100 nm)充当与外界连通的“门户”，在此理解上构建了基于瓦斯赋存和运移方式的孔隙网络 特征的表征模型。

来源：2022年第10期

《煤炭学报》期刊编辑部

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