液态CO-高温蒸汽循环冲击煤体三维CT裂隙重构及劣化机理

作     者：秦雷 王平 李树刚 王伟凯 张弦 

作者机构：西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点试验室 东京大学新领域前沿科学研究院 西安科技大学安全科学与工程学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目（51904237） 中国科协青年人才托举工程项目（2022QNRC001） 陕西省青年人才托举计划项目（20220437） 

主　　题：冷热循环冲击 三维CT扫描 孔隙重构 劣化机理 损伤量 

摘      要：为解决液态CO2冻结煤层孔隙冰融化时间冗长，提出一种液态CO2-高温蒸汽冷热循环冲击煤层增透技术。本文借助三维CT扫描测试技术，分析冷热循环冲击过程无烟煤三维孔隙结构参数及劣化机理。研究结果表明，1)液态CO2-高温蒸汽冷热循环冲击煤体三维孔隙不断延伸，逐渐形成贯通裂隙，三维孔隙数量、表面积、体积及切片最大面孔率均与冷热循环冲击次数指数相关；2)根据霍多特孔隙分类法，结合等效直径计算公式，发现冷热循环冲击前期，渗流孔体积比例增加，三维孔隙劣化表现为裂隙贯通，冷热循环冲击后期，吸附孔体积比例增加，三维孔隙劣化表现为煤体内部产生大量新生孔隙。进一步分析得：1)液态CO2-高温蒸汽冷热循环冲击煤体渗流孔半径分形维数增加，孔隙分形特征增强，表面粗糙度提高，热储集性能降低；2)孔隙半径分型模型中lg(r)随冷热循环冲击次数增加而增加，表明孔径劣化扩张明显；3)基于冷热循环冲击煤体孔隙力学损伤特征，归纳液态CO2-高温蒸汽冷热循环冲击煤体三维孔隙损伤模型。4)利用投影法得到切片损伤率，定义液态CO2-高温水蒸气冷热循环冲击煤体三维孔隙损伤量。当冷热循环冲击12次时，三维孔隙损伤量为48.55。本文研究成果将为液态CO2-高温蒸汽冷热循环冲击煤层增透技术研究提供借鉴。