煤巖孔裂隙結(jié)構(gòu)分形特征及滲透率模型研究

李波波，王 斌，楊 康，任崇鴻，袁 梅，2，許 江

（1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué) 喀斯特地區(qū)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025；3.山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，山東 青島 266590；4.重慶大學(xué) 煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

0 引 言

煤層氣作為一種清潔經(jīng)濟(jì)能源，其開(kāi)采與利用一直備受關(guān)注［1］。 煤是一種多孔介質(zhì)，孔裂隙是煤層氣的儲(chǔ)存和遷移通道。 煤巖孔裂隙網(wǎng)絡(luò)具有典型的分形特征［2］，其孔隙表面的變形、孔隙率及其大多物理性質(zhì)均具有分形特征。 目前應(yīng)用分形理論與煤巖的物性研究結(jié)合，可獲得煤巖孔裂隙發(fā)育程度及其分布情況的定量信息。 高尚等［3］將液氮吸附法和壓汞法相結(jié)合研究煤巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，并分別計(jì)算其分形維數(shù)。 鄒俊鵬等［4］利用電子掃描數(shù)字圖像對(duì)低階煤的礦物含量、微裂隙發(fā)育情況及其形態(tài)特征進(jìn)行了研究。 LIU 等［5］分析SEM 圖像研究孔裂隙結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)多孔介質(zhì)孔隙度與分形維數(shù)和滲透率均呈正相關(guān)關(guān)系。 許江等［6］研究發(fā)現(xiàn)煤巖變質(zhì)程度與外部孔隙發(fā)育呈正相關(guān)關(guān)系。 YU 等［7］利用電子顯微鏡研究砂巖孔隙的幾何特征及其分形參數(shù)，驗(yàn)證多孔介質(zhì)的圖像處理和分形是研究滲透率的一種有效方法。

為更準(zhǔn)確地對(duì)煤層氣開(kāi)采過(guò)程中煤巖滲透率演化規(guī)律進(jìn)行定量分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量試驗(yàn)與理論研究。 SEIDLE 等［8］提出以火柴棍模型解釋煤巖滲透率與有效應(yīng)力的關(guān)系，得到煤巖滲透率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀！?br>