不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征
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（Ｅ－ｍａｉｌ）ｊｉａｎｇｘｕ＠ｃｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
８２
重 庆 大 学 学 报 第３４卷
性质对煤与瓦 斯 突 出 有 着 重 要 的 影 响，而 煤 体 的 孔 隙结构是煤体 物 理 力 学 性 质 较 重 要 的 一 个 方 面，同 时，目前较多的 实 验 都 是 以 型 煤 为 研 究 对 象，因 此， 开展型煤颗粒孔隙及其发育特征方面的研究具有重 要的学术价值，可 为 进 一 步 研 究 煤 与 瓦 斯 突 出 规 律 提供相应的理论指导。
和 Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０分形分析软件对由不同 粒 径 煤 颗 粒 压 制 成 的 型 煤 孔 隙 特 征 及 发 育 程 度 开 展 了 系 统 研 究 。 结 果 表 明 ，随 着 型 煤 颗 粒 粒 径 逐 渐 减 小 ，型 煤 中 的 孔 隙 半 径 逐 渐 减 小 ，孔 隙 总 数 逐 渐 增 多 ，
分 形 维 数 值 逐 渐 增 大 ，孔 隙 发 育 程 度 逐 渐 增 大 ，孔 隙 分 布 均 匀 程 度 逐 渐 增 大 。
关 键 词 ：粒 径 ；孔 隙 大 小 ；型 煤 ；分 形 维 数
中 图 分 类 号 ：ＴＤ ７１３．２
文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ
１ 煤样制作及图像采集
实验所用煤样取自重庆松藻煤电公司打通一矿 ８号煤层，该煤层位 于 煤 系 中 部，平 均 厚 ２．８Fra Baidu bibliotek ｍ，属 煤与瓦斯突出煤层，其工业分析见表１，表中 Ｍ 代表 水分，Ａ 代 表 灰 分，Ｖ 代 表 挥 发 分，Ｆｃ 代 表 固 定 碳， ａｄ 代 表 空 气 干 燥 基 。
目前，国内外学 者 对 原 煤 的 孔 隙 结 构 特 征 进 行 了大量的实验 研 究，王 晓 亮 等［３］为 研 究 煤 粉 热 解 过 程中孔隙分形 维 数 的 变 化 规 律，更 好 地 预 测 煤 焦 的 燃 烧 行 为 ，建 立 了 基 于 颗 粒 分 形 孔 隙 的 热 解 模 型 ，对 煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模 拟；程 军 等 利 ［４］ 用 氮 气 吸 附 仪、沉 降 炉、扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）和 Ｘ－射线能谱仪（ＥＤＳ）研究了动力配煤的 孔隙分 形 结 构 对 着 火 和 燃 烧 特 性 的 影 响；王 文 峰 等 通 ［５］ 过对淮南、淮 北 两 个 研 究 区 内 不 同 煤 级 煤 样 的研究表 明 用 分 形 维 数 可 以 表 示 煤 的 孔 隙 结 构 特 征；蒋林等 应 ［６］ 用 压 汞 测 孔 法 结 合 分 形 理 论 描 述 类 似生物质型煤 孔 体 系 的 孔 结 构，此 外 还 有 很 多 学 者 利 用 电 子 显 微 术 、密 度 法 、压 汞 法 等 实 验 方 法 对 原 煤 的孔隙特征进行 了 研 究，并 取 得 了 一 定 的 成 果 。 ［７－１４］ 但目前为止，分 析 型 煤 煤 样 孔 隙 特 征 的 文 献 则 相 对 较 少 。 基 于 此 ，拟 以 不 同 粒 径 下 的 型 煤 为 研 究 对 象 ， 利用 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分析软件和 Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０分形 分析软件对型 煤 的 孔 隙 特 征 进 行 研 究，以 探 讨 煤 颗 粒粒径对型煤 孔 隙 结 构 的 影 响，为 进 一 步 研 究 煤 体 物理力学性质对煤与瓦斯突出的影响规律及瓦斯在 型煤中的富集和运移规律奠定基础。
ＸＵ Ｊｉａｎｇ，ＬＵ Ｑｉ，ＷＵ Ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｄｏｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｄｉａｓｔｅｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ； Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
煤是一种 无 序 的 非 均 匀 孔 隙 介 质，煤 体 中 的 孔 隙是煤层瓦斯 的 储 集 场 所 与 运 移 通 道，其 结 构 特 征 （孔隙数量、单 个 孔 隙 大 小、孔 隙 分 布 特 征 及 孔 隙 连
通程度 等 ）直 接 影 响 着 煤 层 瓦 斯 的 运 移 与 富 集 。 ［１］ 近年来，笔者所 在 学 术 团 队 对 煤 与 瓦 斯 突 出 进 行 了 相关的模拟实验研究［２］，实验表 明，煤 体 的 物 理 力 学
８５
表 ２ 型 煤 表 面 孔 隙 特 征 测 试 结 果
试件 编号
观测点 图样 编号
收 稿 日 期 ：２０１１－０４－０１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７４１４１）；国家科技重大专项项目（２００８ＺＸ０５０３４－００２）；国家自然科学基金 重 点
项 目 （５０５３４０８０）；国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ）项 目 （２０１１ＣＢ２０１２０３） 作者简介：许江（１９６０－），男，博士，重庆大学教授、博士 生 导 师，主 要 从 事 岩 石 力 学、煤 与 瓦 斯 突 出 机 理 及 预 测 研 究 工 作，
按 照 下 述 步 骤 采 集 图 像 素 材 ：１）采 用 １ ０８０ 万 像 素的高分辨率数码相机对每个型煤试件的圆柱端面 拍 照 ，图 １ 为 ３ 种 粒 径 型 煤 试 件 的 圆 柱 端 面 的 典 型 图 像；２）选取７ 个图像观测点，圆柱端面的圆心为第 一 个观 测 点，其 余 ６ 个 观 测 点 均 匀 地 分 布 在 半 径 为 １５ｍｍ的圆周上，如图２所示；３）以各观测点为中心截 取１０ｍｍ×１０ｍｍ 的分析用图像，图３则具体给出了 不同粒径条件下型煤试件各观测点的典型图像。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌ ｉｓ ａ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｇａｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ，ｉｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ ｌｉｋｅ ４．００～１．７０ ｍｍ，１．７０～０．３８ ｍｍ ａｎｄ ０．３８～０．１８ ｍｍ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＣＦ－２０００Ｐｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０ｆｒａｃｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ，ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｐｏｒｅ ｒａｄｉｕｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｓ，ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ；ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ；ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ；ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ
（重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 ；
西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室 ，重庆４０００４４）
摘 要 ：煤 是 一 种 非 均 匀 多 孔 隙 介 质 ，其 孔 隙 特 征 及 其 发 育 程 度 与 煤 层 中 瓦 斯 的 吸 附 解 吸 特 性 及流动特 征 密 切 相 关。 为 探 讨 型 煤 的 孔 隙 结 构，实 验 以 颗 粒 粒 径 分 别 为 ４．００～１．７０ ｍｍ、１．７０～ ０．３８ｍｍ及０．３８～０．１８ｍｍ 的煤颗粒 制 作 而 成 的 型 煤 为 研 究 对 象，利 用 ＣＦ－２０００Ｐ 偏 光 分 析 软 件
本实验主要研 究 型 煤 的 孔 隙 特 征，因 此 选 用 该
第 ９ 期 许 江 ，等 ：不 同 颗 粒 粒 径 下 型 煤 孔 隙 及 发 育 程 度 分 形 特 征
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软件中的铸体 薄 片 孔 隙 特 征 分 析 模 块 进 行 实 验，其 基 本 原 理 是 ：在 选 定 铸 体 薄 片 孔 隙 特 征 分 析 模 块 后 ， 通 过 对 导 入 的 图 像 进 行 孔 隙 色 度 提 取 、去 除 杂 点 、色 彩还原等处理，最 后 通 过 软 件 自 动 计 算 测 定 型 煤 孔 隙率及孔隙半径等参数。 ２．２ 孔 隙 特 征 分 析
图 ３ 型 煤 分 析 用 图 样 采 集 示 例 （１０ ｍｍ×１０ ｍｍ）
８４
重 庆 大 学 学 报 第３４卷
图 ４ 型 煤 孔 隙 结 构 图 （１０ ｍｍ×１０ ｍｍ）
第 ９ 期 许 江 ，等 ：不 同 颗 粒 粒 径 下 型 煤 孔 隙 及 发 育 程 度 分 形 特 征
第 ３４ 卷 第 ９ 期 ２０１１ 年 ９ 月
重庆大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文 章 编 号 ：１０００－５８２Ｘ（２０１１）０９－０８１－０９
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１１
不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征
许 江，陆 漆，吴 鑫，刘 东
所取原煤经破碎机破碎后通过振动筛筛分出粒 径分 别 为 ４．００～１．７０ ｍｍ、１．７０～０．３８ ｍｍ 以 及 ０．３８～０．１８ｍｍ ３ 种 煤 颗 粒，然 后 分 别 将 这 些 煤 颗 粒在 ４．０ ＭＰａ 成 型 压 力 条 件 下 压 制 成 ５０ ｍｍ× ５０ ｍｍ的 型 煤 试 件 备 用 。
经 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分 析 软 件 对 截 取 自 各 型 煤 端
面照片的７个１０ｍｍ×１０ ｍｍ 小 图 样 进 行 分 析 后， 获得了各型煤煤 样 表 面 孔 隙 结 构 特 征 参 数，图 ４ 分 别给出了３种不同粒径型煤的孔隙结构特征典型图 像，其相应的平 均 孔 隙 总 数、平 均 最 大 孔 隙 半 径、平 均最小孔隙半 径、平 均 孔 隙 半 径 以 及 平 均 孔 隙 率 等 孔隙结构特征 参 数 的 测 试 值、平 均 值 及 其 标 准 偏 差 参 见 表 ２、３。
表 １ ８ 号 煤 层 煤 样 的 工 业 分 析
％
Ｍａｄ
Ａａｄ
Ｖａｄ
Ｆｃａｄ
１．６６
２０．６６
８．７１
８０．６４
图 １ 型 煤 表 面 图 样 采 集 示 例
图 ２ 观 测 点 示 意 图
２ 孔隙特征分析
２．１ ＣＦ－２０００Ｐ 偏 光 分 析 软 件 简 介 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分 析 软 件 主 要 用 来 分 析 固 体 材
料的孔隙结构 特 征，其 基 本 原 理 是 以 视 频 采 集 卡 或 数码相机等设 备 来 采 集 材 料 结 构 图 片，再 对 采 集 到 的 图 片 进 行 处 理 和 分 析 ，得 到 材 料 最 大 、最 小 孔 隙 半 径以及孔隙率等相关检验结果。该软件还带有专用 的图像分析软件功能模块。
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重 庆 大 学 学 报 第３４卷
性质对煤与瓦 斯 突 出 有 着 重 要 的 影 响，而 煤 体 的 孔 隙结构是煤体 物 理 力 学 性 质 较 重 要 的 一 个 方 面，同 时，目前较多的 实 验 都 是 以 型 煤 为 研 究 对 象，因 此， 开展型煤颗粒孔隙及其发育特征方面的研究具有重 要的学术价值，可 为 进 一 步 研 究 煤 与 瓦 斯 突 出 规 律 提供相应的理论指导。
和 Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０分形分析软件对由不同 粒 径 煤 颗 粒 压 制 成 的 型 煤 孔 隙 特 征 及 发 育 程 度 开 展 了 系 统 研 究 。 结 果 表 明 ，随 着 型 煤 颗 粒 粒 径 逐 渐 减 小 ，型 煤 中 的 孔 隙 半 径 逐 渐 减 小 ，孔 隙 总 数 逐 渐 增 多 ，
分 形 维 数 值 逐 渐 增 大 ，孔 隙 发 育 程 度 逐 渐 增 大 ，孔 隙 分 布 均 匀 程 度 逐 渐 增 大 。
关 键 词 ：粒 径 ；孔 隙 大 小 ；型 煤 ；分 形 维 数
中 图 分 类 号 ：ＴＤ ７１３．２
文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ
１ 煤样制作及图像采集
实验所用煤样取自重庆松藻煤电公司打通一矿 ８号煤层，该煤层位 于 煤 系 中 部，平 均 厚 ２．８Fra Baidu bibliotek ｍ，属 煤与瓦斯突出煤层，其工业分析见表１，表中 Ｍ 代表 水分，Ａ 代 表 灰 分，Ｖ 代 表 挥 发 分，Ｆｃ 代 表 固 定 碳， ａｄ 代 表 空 气 干 燥 基 。
目前，国内外学 者 对 原 煤 的 孔 隙 结 构 特 征 进 行 了大量的实验 研 究，王 晓 亮 等［３］为 研 究 煤 粉 热 解 过 程中孔隙分形 维 数 的 变 化 规 律，更 好 地 预 测 煤 焦 的 燃 烧 行 为 ，建 立 了 基 于 颗 粒 分 形 孔 隙 的 热 解 模 型 ，对 煤颗粒热解过程中孔隙分形维数的变化进行数值模 拟；程 军 等 利 ［４］ 用 氮 气 吸 附 仪、沉 降 炉、扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）和 Ｘ－射线能谱仪（ＥＤＳ）研究了动力配煤的 孔隙分 形 结 构 对 着 火 和 燃 烧 特 性 的 影 响；王 文 峰 等 通 ［５］ 过对淮南、淮 北 两 个 研 究 区 内 不 同 煤 级 煤 样 的研究表 明 用 分 形 维 数 可 以 表 示 煤 的 孔 隙 结 构 特 征；蒋林等 应 ［６］ 用 压 汞 测 孔 法 结 合 分 形 理 论 描 述 类 似生物质型煤 孔 体 系 的 孔 结 构，此 外 还 有 很 多 学 者 利 用 电 子 显 微 术 、密 度 法 、压 汞 法 等 实 验 方 法 对 原 煤 的孔隙特征进行 了 研 究，并 取 得 了 一 定 的 成 果 。 ［７－１４］ 但目前为止，分 析 型 煤 煤 样 孔 隙 特 征 的 文 献 则 相 对 较 少 。 基 于 此 ，拟 以 不 同 粒 径 下 的 型 煤 为 研 究 对 象 ， 利用 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分析软件和 Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０分形 分析软件对型 煤 的 孔 隙 特 征 进 行 研 究，以 探 讨 煤 颗 粒粒径对型煤 孔 隙 结 构 的 影 响，为 进 一 步 研 究 煤 体 物理力学性质对煤与瓦斯突出的影响规律及瓦斯在 型煤中的富集和运移规律奠定基础。
ＸＵ Ｊｉａｎｇ，ＬＵ Ｑｉ，ＷＵ Ｘｉｎ，ＬＩＵ Ｄｏｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｄｉａｓｔｅｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ； Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）
煤是一种 无 序 的 非 均 匀 孔 隙 介 质，煤 体 中 的 孔 隙是煤层瓦斯 的 储 集 场 所 与 运 移 通 道，其 结 构 特 征 （孔隙数量、单 个 孔 隙 大 小、孔 隙 分 布 特 征 及 孔 隙 连
通程度 等 ）直 接 影 响 着 煤 层 瓦 斯 的 运 移 与 富 集 。 ［１］ 近年来，笔者所 在 学 术 团 队 对 煤 与 瓦 斯 突 出 进 行 了 相关的模拟实验研究［２］，实验表 明，煤 体 的 物 理 力 学
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表 ２ 型 煤 表 面 孔 隙 特 征 测 试 结 果
试件 编号
观测点 图样 编号
收 稿 日 期 ：２０１１－０４－０１ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７４１４１）；国家科技重大专项项目（２００８ＺＸ０５０３４－００２）；国家自然科学基金 重 点
项 目 （５０５３４０８０）；国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ）项 目 （２０１１ＣＢ２０１２０３） 作者简介：许江（１９６０－），男，博士，重庆大学教授、博士 生 导 师，主 要 从 事 岩 石 力 学、煤 与 瓦 斯 突 出 机 理 及 预 测 研 究 工 作，
按 照 下 述 步 骤 采 集 图 像 素 材 ：１）采 用 １ ０８０ 万 像 素的高分辨率数码相机对每个型煤试件的圆柱端面 拍 照 ，图 １ 为 ３ 种 粒 径 型 煤 试 件 的 圆 柱 端 面 的 典 型 图 像；２）选取７ 个图像观测点，圆柱端面的圆心为第 一 个观 测 点，其 余 ６ 个 观 测 点 均 匀 地 分 布 在 半 径 为 １５ｍｍ的圆周上，如图２所示；３）以各观测点为中心截 取１０ｍｍ×１０ｍｍ 的分析用图像，图３则具体给出了 不同粒径条件下型煤试件各观测点的典型图像。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌ ｉｓ ａ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ－ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｇａｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ，ｉｔ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅｓ ｌｉｋｅ ４．００～１．７０ ｍｍ，１．７０～０．３８ ｍｍ ａｎｄ ０．３８～０．１８ ｍｍ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＣＦ－２０００Ｐｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ｆｒａｃｔａｌｆｏｘ２．０ｆｒａｃｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ，ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ ｐｏｒｅ ｒａｄｉｕｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｓ，ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ；ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ；ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ；ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ
（重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室 ；
西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室 ，重庆４０００４４）
摘 要 ：煤 是 一 种 非 均 匀 多 孔 隙 介 质 ，其 孔 隙 特 征 及 其 发 育 程 度 与 煤 层 中 瓦 斯 的 吸 附 解 吸 特 性 及流动特 征 密 切 相 关。 为 探 讨 型 煤 的 孔 隙 结 构，实 验 以 颗 粒 粒 径 分 别 为 ４．００～１．７０ ｍｍ、１．７０～ ０．３８ｍｍ及０．３８～０．１８ｍｍ 的煤颗粒 制 作 而 成 的 型 煤 为 研 究 对 象，利 用 ＣＦ－２０００Ｐ 偏 光 分 析 软 件
本实验主要研 究 型 煤 的 孔 隙 特 征，因 此 选 用 该
第 ９ 期 许 江 ，等 ：不 同 颗 粒 粒 径 下 型 煤 孔 隙 及 发 育 程 度 分 形 特 征
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软件中的铸体 薄 片 孔 隙 特 征 分 析 模 块 进 行 实 验，其 基 本 原 理 是 ：在 选 定 铸 体 薄 片 孔 隙 特 征 分 析 模 块 后 ， 通 过 对 导 入 的 图 像 进 行 孔 隙 色 度 提 取 、去 除 杂 点 、色 彩还原等处理，最 后 通 过 软 件 自 动 计 算 测 定 型 煤 孔 隙率及孔隙半径等参数。 ２．２ 孔 隙 特 征 分 析
图 ３ 型 煤 分 析 用 图 样 采 集 示 例 （１０ ｍｍ×１０ ｍｍ）
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重 庆 大 学 学 报 第３４卷
图 ４ 型 煤 孔 隙 结 构 图 （１０ ｍｍ×１０ ｍｍ）
第 ９ 期 许 江 ，等 ：不 同 颗 粒 粒 径 下 型 煤 孔 隙 及 发 育 程 度 分 形 特 征
第 ３４ 卷 第 ９ 期 ２０１１ 年 ９ 月
重庆大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文 章 编 号 ：１０００－５８２Ｘ（２０１１）０９－０８１－０９
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２０１１
不同颗粒粒径下型煤孔隙及发育程度分形特征
许 江，陆 漆，吴 鑫，刘 东
所取原煤经破碎机破碎后通过振动筛筛分出粒 径分 别 为 ４．００～１．７０ ｍｍ、１．７０～０．３８ ｍｍ 以 及 ０．３８～０．１８ｍｍ ３ 种 煤 颗 粒，然 后 分 别 将 这 些 煤 颗 粒在 ４．０ ＭＰａ 成 型 压 力 条 件 下 压 制 成 ５０ ｍｍ× ５０ ｍｍ的 型 煤 试 件 备 用 。
经 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分 析 软 件 对 截 取 自 各 型 煤 端
面照片的７个１０ｍｍ×１０ ｍｍ 小 图 样 进 行 分 析 后， 获得了各型煤煤 样 表 面 孔 隙 结 构 特 征 参 数，图 ４ 分 别给出了３种不同粒径型煤的孔隙结构特征典型图 像，其相应的平 均 孔 隙 总 数、平 均 最 大 孔 隙 半 径、平 均最小孔隙半 径、平 均 孔 隙 半 径 以 及 平 均 孔 隙 率 等 孔隙结构特征 参 数 的 测 试 值、平 均 值 及 其 标 准 偏 差 参 见 表 ２、３。
表 １ ８ 号 煤 层 煤 样 的 工 业 分 析
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Ｍａｄ
Ａａｄ
Ｖａｄ
Ｆｃａｄ
１．６６
２０．６６
８．７１
８０．６４
图 １ 型 煤 表 面 图 样 采 集 示 例
图 ２ 观 测 点 示 意 图
２ 孔隙特征分析
２．１ ＣＦ－２０００Ｐ 偏 光 分 析 软 件 简 介 ＣＦ－２０００Ｐ偏光分 析 软 件 主 要 用 来 分 析 固 体 材
料的孔隙结构 特 征，其 基 本 原 理 是 以 视 频 采 集 卡 或 数码相机等设 备 来 采 集 材 料 结 构 图 片，再 对 采 集 到 的 图 片 进 行 处 理 和 分 析 ，得 到 材 料 最 大 、最 小 孔 隙 半 径以及孔隙率等相关检验结果。该软件还带有专用 的图像分析软件功能模块。