一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，包括：利用工业CT扫描系统对煤样进行CT扫描试验，利用图像处理软件提取出煤样在吸附性气体和非吸附性气体不同气体压力条件下的CT扫描图像，利用ImageJ软件对CT扫描图像进行二值化处理，得到CT图像二值化结果和裂隙面积百分占比，利用其对吸附性气体和非吸附气体不同气体压力下煤岩裂隙扩展结果进行分析，得到了不同气体压力对煤体微裂隙扩展的直接影响。本发明专利技术属于煤岩裂隙分析技术领域，具体是一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，能有效地定量表征煤岩裂隙在不同气体压力作用下的裂隙扩展演化过程。压力作用下的裂隙扩展演化过程。压力作用下的裂隙扩展演化过程。

【技术实现步骤摘要】
一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法


[0001]本专利技术属于煤岩裂隙分析
，具体是指一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法。

技术介绍

[0002]煤炭是我国重要的基础能源，是大量基础设施和发电站提供动力和热能的关键。近年来，随着煤炭开采的深度和强度的不断增加，煤体赋存环境变得更为复杂，煤层开采过程常会诱导煤岩动力灾害等事故的发生，从而给煤炭资源安全高效开采带来了严重威胁。瓦斯气体主要以游离态和吸附态两种基本形式存在于这些初始缺陷中裂隙、层理和孔隙等初始缺陷中。因此，除了游离气体对煤体强度的弱化作用外，吸附气体对煤体强度也有减弱作用，在这两种作用的影响下，煤体的内部裂纹更容易形成和膨胀，不断诱发煤矿瓦斯动力灾害。所以，研究孔隙气体作用对煤体裂隙扩展的影响及规律，对我国煤炭安全开采和煤矿瓦斯事故防治具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，包括如下步骤：
[0005]步骤一、将取回的大块煤样在实验室利用手电钻配套外径8mm钻头加工成φ5mm
×
10mm的柱状煤样，并用保鲜膜包裹备用；
[0006]步骤二、试样安装及初始扫描，选取断面平整，裂隙较为发育的煤样放入煤样罐中，确保煤样罐气密性良好；利用工业CT初始扫描系统对煤样进行初始扫描，得到煤样内部微裂隙的初始发育状态；<br/>[0007]步骤三、抽真空，将煤样罐与真空泵、真空表等连接，启动真空泵，对煤样抽真空12
‑
24小时，抽真空结束后，卸掉抽真空相关装置；
[0008]步骤四、非吸附性气体影响测试，将煤样罐与通气管路连接，检查并确定系统管路气密性良好之后，打开阀门往煤样罐中通入不同压力的非吸附性气体，待罐内气压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对处于不同气压条件下的煤样进行扫描，分别获取各个气压条件下的煤样内部裂隙扩展过程；
[0009]步骤五、吸附性气体影响测试，打开阀门往煤样罐中通入吸附性气体，让煤样充分吸附，待煤样罐内气压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对不同吸附性气体影响测试条件下的煤样进行扫描，获取不同吸附时间的煤样内部微裂隙扩展过程；
[0010]步骤六、数据结果分析，扫描结果应用设备数据处理系统自带的datos reconstruction软件进行CT数据重建，通过图像软件进行分析处理，从而提取煤样内部裂隙信息，对比分析非吸附性气体和吸附性气体对煤样内部裂隙动态扩展的影响；
[0011]步骤七、选取相同位置煤样扫描切片，利用ImageJ软件进行二值化处理，并得到每张切片的裂隙百分占比信息，并以此对不同气体压力下煤岩裂隙扩展过程进行分析、归纳。
[0012]作为对本专利技术的进一步改进，所述步骤四中使用的非吸附性气体为氦气。
[0013]作为对本专利技术的进一步改进，所述步骤五中使用的吸附气体为二氧化碳。
[0014]作为对本专利技术的进一步改进，所述步骤四中非吸附气体影响测试中压力范围为0.5MPa
‑
3.0MPa。
[0015]作为对本专利技术的进一步改进，所述步骤五中吸附性气体影响测试中压力范围为0.5MPa
‑
3.0MPa。
[0016]本专利技术采取上述方法取得有益效果如下：本专利技术提供的一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，利用其对吸附性气体和非吸附气体不同气体压力下煤岩裂隙扩展结果进行分析，得到了不同气体压力对煤体微裂隙扩展的直接影响，用以模拟瓦斯对煤裂隙扩展的影响及规律，通过CT扫描视觉化，并利用ImageJ软件对CT扫描图像进行二值化处理，得到CT图像二值化结果和裂隙面积百分占比，得到相应的数据用于分析、归纳。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法基本流程示意图；
[0018]图2为步骤四和步骤五的测试流程示意图；
[0019]图3为煤样内部二维裂隙随氦气压力的变化趋势图；
[0020]图4为氦气压力作用下煤样内部微裂隙的萌生与扩展测试结果图；
[0021]图5为煤样内部二维裂隙随二氧化碳压力的变化趋势图；
[0022]图6为二氧化碳压力作用下煤样内部微裂隙的萌生与扩展测试结果图；
[0023]图7为煤样内部微裂隙扩展随氦气压力变化规律；
[0024]图8为不同吸附压力条件下煤样微裂隙扩展随吸附时间变化规律。
具体实施方式
[0025]下面结合具体实施对本专利技术的技术方案进行进一步详细地说明，本专利技术的技术特征没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。
[0026]以下结合实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0027]实施例
[0028]本专利技术提供的一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，包括如下步骤：
[0029]步骤一、将取回的大块煤样在实验室利用手电钻配套外径8mm钻头加工成φ5mm
×
10mm的柱状煤样，并用保鲜膜包裹备用；
[0030]步骤二、试样安装及初始扫描，选取断面平整，裂隙较为发育的煤样放入煤样罐中，确保煤样罐气密性良好；利用工业CT初始扫描系统对煤样进行初始扫描，得到煤样内部微裂隙的初始发育状态；
[0031]步骤三、抽真空，将煤样罐与真空泵、真空表等连接，启动真空泵，对煤样抽真空12
‑
24小时，抽真空结束后，卸掉抽真空相关装置；
[0032]步骤四、非吸附性气体影响测试，以氦气作为介质，将煤样罐与通气管路连接，检查并确定系统管路气密性良好之后，打开阀门往煤样罐中通入不同压力的氦气，待罐内气
压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对处于不同气压条件下的煤样进行扫描，分别获取各个气压条件下的煤样内部裂隙扩展过程；
[0033]步骤五、吸附性气体影响测试，以二氧化碳气体作为介质，打开阀门往煤样罐中通入二氧化碳气体，让煤样充分吸附，待煤样罐内气压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对不同吸附性气体影响测试条件下的煤样进行扫描，获取不同吸附时间的煤样内部微裂隙扩展过程；
[0034]步骤六、数据结果分析，扫描结果应用设备数据处理系统自带的datos reconstruction软件进行CT数据重建，通过图像软件进行分析处理，从而提取煤样内部裂隙信息，对比分析非吸附性气体和吸附性气体对煤样内部裂隙动态扩展的影响；
[0035]步骤七、选取相同位置煤样扫描切片，利用ImageJ软件进行二值化处理，并得到每张切片的裂隙百分占比信息，并以此对不同气体压力下煤岩裂隙扩展过程进行分析、归纳。
[0036]进行非吸附性气体影响测试时，采用步骤一中的方法获取三组煤样，标记为A1、A2和A3，测试压力分别选取了0.6MPa、1.2MPa、1.8MPa、2.4MPa和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对气体压力致煤岩裂隙扩展的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将取回的大块煤样在实验室利用手电钻配套外径8mm钻头加工成φ5mm
×
10mm的柱状煤样，并用保鲜膜包裹备用；步骤二、试样安装及初始扫描，选取断面平整，裂隙较为发育的煤样放入煤样罐中，确保煤样罐气密性良好；利用工业CT初始扫描系统对煤样进行初始扫描，得到煤样内部微裂隙的初始发育状态；步骤三、抽真空，将煤样罐与真空泵、真空表等连接，启动真空泵，对煤样抽真空12
‑
24小时，抽真空结束后，卸掉抽真空相关装置；步骤四、非吸附性气体影响测试，将煤样罐与通气管路连接，检查并确定系统管路气密性良好之后，打开阀门往煤样罐中通入不同压力的非吸附性气体，待罐内气压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对处于不同气压条件下的煤样进行扫描，分别获取各个气压条件下的煤样内部裂隙扩展过程；步骤五、吸附性气体影响测试，打开阀门往煤样罐中通入吸附性气体，让煤样充分吸附，待煤样罐内气压稳定后，关闭阀门；利用工业CT扫描系统对不同吸附性气体影响测试条件下的煤样进行扫描，获取不同吸附时间的煤样...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登科，魏建平，张宏图，沈建廷，位乐，李波波，刘勇，宫玖朋，李波，闫晓，康向涛，司磊磊，马振乾，姚邦华，徐向宇，张健，温志辉，庞晓非，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：