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专利号: 2023116507458
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种支撑剂嵌入对煤宏细观结构破坏的多维定量表征方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:刻蚀大块煤样,加工并获取圆柱形煤样品;将所述煤样品进行X‑ray CT扫描,分区域定量表征所述煤样品的宏细观结构特征;

S2:切割所述煤样品,对切面打磨抛光并进行偏光显微观察,获得切面的第一显微特征,并对所述切面进行三维光学成像,获得三维成像结果;

S3:对切割后的所述煤样品进行支撑剂铺置,获得岩心夹支撑剂样品,并进行X‑ray CT扫描,获得岩心夹支撑剂样品的宏细观结构特征;

S4:对所述岩心夹支撑剂样品施加围压,卸去围压之后,对卸去围压的所述岩心夹支撑剂样品进行X‑ray CT扫描以及三维光学成像,获得支撑剂嵌入造成的煤样品结构破坏的三维宏观定量表征;

S5:清洗所述岩心夹支撑剂样品的切面,对清洗后的切面进行偏光显微观察,获得第二显微特征;对比所述第一显微特征以及所述第二显微特征,在二维角度上对支撑剂嵌入造成的煤样品细观结构破坏进行二维细观定量表征;

步骤S5中,进行二维细观定量表征的方法为:

对清洗后的切面进行偏光显微观察,以5mm为基准划分区域网格,与获得所述第一显微特征的观察区域相互照应,获得每个区域网格中不同显微组分之间的支撑剂嵌入后造成的破坏差异,并基于预设比例尺标准,划分出每个支撑剂造成的嵌入凹陷的嵌入直径或嵌入半径以及裂隙开度变化情况;

将所述嵌入直径或所述嵌入半径以及所述裂隙开度变化情况进行数据统计,完成在二维角度上对支撑剂嵌入造成的煤样品细观结构破坏的二维细观定量表征;

S6:对清洗后的切面进行光学三维成像,获得支撑剂嵌入造成的煤样品结构破坏的三维细观定量表征;

S7:基于所述宏细观结构特征、所述三维成像结果、所述三维宏观定量表征、所述二维细观定量表征以及所述三维细观定量表征,获得对煤样品宏细观结构破坏程度的二、三维联合表征;

步骤S7中,对煤样品宏细观结构破坏程度的二、三维联合表征包括从二维和三维层面对煤样品不同的组分之间的破坏程度进行定量表征以及基于破坏系数对煤样品宏细观结构的破坏程度进行定量表征;

对煤样品宏细观结构的破坏程度进行定量表征的方法为:

基于支撑剂嵌入程度与支撑剂比例,获得不同显微组分中的压嵌半径和压嵌深度;基于所述压嵌半径以及所述压嵌深度,获得支撑剂对煤样品切面的破坏系数;其中,所述压嵌半径和所述压嵌深度以支撑剂的粒径大小为基准;

基于所述破坏系数、孔隙度变化率以及裂隙体积比变化率,完成对煤样品宏细观结构破坏程度的定量表征;

其中,破坏系数公式如下:

式中, 分别为横向、纵向破坏系数, 分别为频数最多

的横向、纵向嵌入距离, 为所选用的支撑剂粒径;i代表不同显微组分成分,i=1,2,3…,n;

变化率公式如下:

式中, 为孔隙度变化率, 为裂隙体

积比变化率, 为压前、压后煤样品体积; 分别为压前孔隙体积与压前裂隙体积; 分别为压后孔隙体积与压后裂隙体积。

2.根据权利要求1所述的支撑剂嵌入对煤宏细观结构破坏的多维定量表征方法,其特征在于,步骤S1中,所述宏细观结构特征包括煤样品的显微组分分布、孔裂隙分布状态、孔隙度以及裂缝体积比。

3.根据权利要求1所述的支撑剂嵌入对煤宏细观结构破坏的多维定量表征方法,其特征在于,步骤S2中,所述第一显微特征包括切面的显微组分分布状态、不同显微组分含量以及裂隙开度。

4.根据权利要求1所述的支撑剂嵌入对煤宏细观结构破坏的多维定量表征方法,其特征在于,步骤S3中,对切割后的所述煤样品进行支撑剂铺置的方法为:将打磨抛光后的所述切面涂抹硅橡胶;

选用筛选的对应目数的石英砂支撑剂,根据涂抹完硅橡胶的所述切面的面积称量需要的所述石英砂支撑剂的质量,并将所述石英砂支撑剂涂抹至所述切面;

将两半煤样品对齐放置固定,并进行热塑包裹,完成支撑剂铺置。

5.根据权利要求1所述的支撑剂嵌入对煤宏细观结构破坏的多维定量表征方法,其特征在于,步骤S4中,所述三维宏观定量表征包括支撑剂嵌入深度、嵌入范围、嵌入状态、显微组分赋存状态、孔隙度大小、孔裂隙赋存状态以及孔隙体积比。