煤炭学报

作者：温鸿达, 翟成, 徐吉钊, 孙勇, 王宇, 徐鹤翔, 孙培钦, 余子健, 温健,

关键词：无水化技术, 液氮冷冲击, 孔隙结构, 核磁共振, 多重分形,

为探究液氮循环冷冲击对煤体孔裂隙结构的影响，开展不同循环次数(5、10、15、20次)液氮冷冲击致裂煤体试验。采用大尺寸核磁共振分析仪测试获得了循环冷冲击煤样T2谱以及核磁共振成像。引入多重分形理论对冷冲击次数煤体T2谱与核磁共振成像的非均匀演化特征进行量化评估，基于斯皮尔曼相关性分析建立循环次数与多重分形特征参数变化量的量化关系，从而揭示液氮循环冷冲击作用煤体孔裂隙结构非均匀演化特征。结果表明：液氮循环冷冲击处理显著改变了煤体孔裂隙结构，表现出非线性饱和特征。低循环次数(5～10次)时，孔隙率增量由1.76%快速提至2.05%。随循环次数的增加(10～20次)，损伤逐渐累积使微小孔隙相互贯通形成较大孔裂隙，孔隙率增量放缓由2.05%提升至2.13%。核磁共振成像揭示了煤体内孔裂隙非均匀分布的特征，循环冷冲击作用下新生孔裂隙主要沿原始孔隙扩展，孔隙发育区域更易发生贯通性损伤，形成局部条带状高渗透通道，使煤样孔隙连通性增强。T2谱与核磁共振成像多重分形结果联合揭示了循环冷冲击作用下煤体孔裂隙非均匀演化特征，随循环次数增加，煤体内部孔径分布的均质性增强，但孔隙空间分布均质性降低。T2谱多重分形主要侧重于对样品内孔径大小和数量进行量化表征，核磁共振成像多重分形更侧重于对孔隙空间非均匀量化表征。研究构建了多重分形参量变化量与循环次数之间的拟合关系，直观揭示了循环冷冲击对煤体孔裂隙损伤作用的非线性饱和特性。对核磁共振曲线与核磁共振成像的多重分形特征参数进行综合分析，可更直观地反映煤体内部孔裂隙非均匀动态演化规律，为液氮压裂现场施工参数设置提供数据支撑，对于施工参数优化具有指导意义。

来源：2025年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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