冲击荷载对无烟煤微观孔隙影响的分形研究

王以贤; 梁为民

doi:10.11858/gywlxb.20200528

冲击荷载对无烟煤微观孔隙影响的分形研究

doi: 10.11858/gywlxb.20200528

王以贤^{1, 2,},
梁为民^1,*, ,

1.
河南理工大学土木工程学院，河南焦作　454000
2.
河南建筑职业技术学院，河南郑州　450064

基金项目: 国家自然科学基金（41772163）

详细信息

作者简介:
王以贤（1981–），男，博士研究生，讲师，主要从事爆破工程及岩土工程研究.E-mail：56653648@qq.com

通讯作者:
梁为民（1967–），男，博士，教授，主要从事爆破工程及岩土工程研究.E-mail：liangwm@hpu.edu.cn

中图分类号: O347.2
计量
- 文章访问数: 6596
- HTML全文浏览量: 2433
- PDF下载量: 20
出版历程
- 收稿日期: 2020-03-12
- 修回日期: 2020-03-26

Fractal Study on Influence of Impact Load on Microscopic Pore of Anthracite

WANG Yixian^{1, 2
,},
LIANG Weimin^{1,*
, ,}

1.
School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, Henan, China
2.
Henan Technical College of Construction, Zhengzhou 450064, Henan, China

摘要

摘要: 为了揭示冲击荷载对无烟煤微观孔隙结构的影响规律，利用分离式霍普金森压杆（SHPB）冲击实验系统模拟了冲击应力在不同衰减过程中的冲击波和应力波，基于冲击前后压汞实验及低温液氮实验测试数据，运用分形理论，研究了赵固二矿不同方向煤体（与层理方向分别呈垂直、平行、45°斜交）冲击前后孔隙结构的分形特征。结果表明：对于渗流孔，冲击荷载提高了瓦斯的渗流与运移速度，对于吸附孔，冲击荷载减小了吸附孔的吸附能力，促进了瓦斯的解吸；分形维数具有明显的冲击方向性，且吸附孔的分形维数明显小于渗流孔；不同方向无烟煤的最佳冲击荷载不同，垂直和斜交层理方向的最佳冲击荷载为51.80 MPa，平行层理方向的最佳冲击荷载为28.46 MPa。研究结果可为冲击荷载促进瓦斯抽采机理的探讨提供参考。
- 冲击荷载 /
- 无烟煤 /
- 分形理论 /
- 微观孔隙 /
- 压汞 /
- 低温液氮
Abstract: In order to reveal the influence of impact loading on the microscopic pore structure of anthracite, the shock and stress waves of the impact stress in different attenuation processes were simulated by using the split Hopkinson pressure bar (SHPB) impact loading system, and the fractal characteristics of the pore structures of anthracite in different directions of Zhaogu No.2 Mine (vertical, parallel and 45° oblique to the bedding direction) were studied by using the fractal theory based on the test data of mercury intrusion and low-temperature liquid nitrogen before and after impacting. The results show that for the seepage hole, the impact loading increases the gas seepage and migration velocity. For the adsorption hole, the impact loading reduces the adsorption capacity of the adsorption hole, which promotes the desorption of gas. Fractal dimension has obvious impact directionality, and the fractal dimension of the adsorption hole is obviously smaller than that of the seepage hole; the optimal impact loadings of anthracite in different directions are different. The optimal loading in the vertical bedding direction and the oblique bedding direction is 51.80 MPa, and the optimal impact loading in the parallel bedding direction is 28.46 MPa. The research results can provide support for the discussion of the mechanism of impact loading to promote gas drainage.
- impact loading /
- anthracite /
- fractal theory /
- microscopic pore /
- the mercury injection /
- low temperature liquid nitrogen

HTML全文

目前，人们对炸药爆轰驱动下金属飞片的运动规律开展了大量工作，如研究不同炸药的影响^[1-2]、引入多种测试方法^[3-4]等。基于光学多普勒效应的激光干涉测速系统(Doppler Pin System，DPS)具有高精度、非接触连续测量等特征，近年来被较多地应用在爆轰实验中^[5-6]，以测试真实速度及速度变化，从而获得金属飞片从静止加速到超高速过程中速度的连续变化。越来越多的实验研究表明^[7-8]，配合间隙及裱糊垫层的存在对飞片早期动力学行为产生明显影响，而装配过程中难免要引入间隙或垫层，因此阐明装配间隙或垫层对金属飞片运动特征的影响具有重要意义。

本研究拟在两类装置上开展装配垫层或间隙下炸药爆轰驱动金属飞片实验：一是在金属飞片与炸药之间装配垫层或间隙，二是在两层金属飞片之间装配垫层或间隙。通过分析DPS测得的飞片自由面速度历史，阐释两者之间的差异。

1. 实验方法

1.1 实验装置

为研究装配垫层和间隙对爆轰加载下金属飞片运动特征的影响规律，设计了两套实验装置(炸药爆轰驱动单/双层飞片实验装置)，如图 1所示。两套实验装置均采用雷管起爆平面波透镜，同步传至柱形炸药，产生平面爆轰波，驱动金属飞片运动。平面波透镜的尺寸为Ø100 mm×37°；柱形主炸药为RHT-901，尺寸为Ø200 mm×20 mm。图 1(a)显示炸药爆轰驱动单层飞片实验装置，其中：飞片材料为45钢，厚度为3.5 mm；在金属飞片与柱形炸药之间，一半区域裱糊泡沫垫层，另一半区域为空气间隙；泡沫垫层和空气间隙的理论设计值为0.50 mm。该实验用于研究炸药与金属飞片之间的装配垫层和间隙对金属飞片运动特征的影响规律。图 1(b)显示炸药爆轰驱动双层飞片实验装置，其中：两层飞片材料均为45钢，厚度均为3.5 mm；在两层飞片之间，一半区域裱糊泡沫垫层，另一半区域为空气间隙；泡沫垫层和空气间隙的理论设计值也为0.50 mm；飞片与炸药直接紧密接触。该实验用于研究两层飞片之间的装配垫层和间隙对金属飞片运动特征的影响规律。

图 1 实验装置示意

Figure 1. Illustration of experimental device

下载: 全尺寸图片幻灯片

在实验装置装配过程中严格控制装配精度，通过定位销钉限制各结构之间的相对位置，保证雷管、传爆药柱、柱形炸药、泡沫垫层、金属飞片、探头定位板等满足同轴度要求。装配完成后，对泡沫垫层厚度和空气间隙进行测量，单层飞片实验装置中泡沫厚度和空气间隙为0.49 mm，双层飞片实验装置中泡沫厚度和空气间隙为0.48 mm。

1.2 测试方法

采用DPS测量金属飞片自由面速度历史。两发实验装置的测点布局相同，如图 2所示，共布置4个测点。其中测点S1和S2位于以雷管轴线为圆心的Ø60 mm圆周上，分别位于泡沫垫层区域和间隙区域，用于对比研究泡沫垫层和间隙对飞片运动规律的影响；测点S3和S4位于以雷管轴线为圆心的Ø30 mm圆周上，一方面作为测点S1和S2的复测，另一方面可与测点S1和S2的结果进行对比，分析不同半径处飞片的运动规律(确定边侧稀疏波对飞片的影响时刻)。为尽量减小装配和炸药密度不均等带来的误差，4个测点均位于泡沫垫层与空气间隙的分界面附近。

图 2 测点布局(单位：mm)

Figure 2. Layout of test points (Unit:mm)

下载: 全尺寸图片幻灯片

2. 结果与讨论

2.1 炸药爆轰驱动单层金属飞片测试结果分析

DPS测得的典型原始波形如图 3所示。对原始波形进行傅里叶变换便可得到频谱图，进而获得速度历史，如图 4所示。可见，4个测点的速度曲线的整体特征相似，但在细节上存在一些差异，主要包括速度曲线的起跳时刻、起跳幅值和末速度。在速度起跳时刻，原始波形发生两个明显变化：(1)原始波形的幅值突然增强，即干涉光的光强突然增大；(2)干涉光的频率发生突变，如图 3中插图所示。利用该特性可从原始波形上准确获取各测点速度起跳时刻。测速曲线的起跳时刻(t₀)和起跳幅值(v₁)列于表 1，同时表 1还列出了25 μs时刻的飞片速度(v₂)，以便比较不同测点处金属飞片的后期飞行速度。

图 3 典型原始波形

Figure 3. Typical original record

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 单层飞片组装中飞片的测速曲线

Figure 4. Velocity profiles of flyer in single flyer assembly

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 炸药爆轰驱动单层飞片实验结果

Table 1. Experimental results of single flyer under detonation loading

Probe	Location of test point	t₀/μs	v₁/(m·s^-1)	v₂/(m·s^-1)
S1	Foam cushion, Ø60 mm	13.619	1 640	2 277
S2	Air clearance, Ø60 mm	13.589	1 447	2 303
S3	Foam cushion, Ø30 mm	13.631	1 679	2 434
S4	Air clearance, Ø30 mm	13.605	1 510	2 450

下载: 导出CSV

| 显示表格

测点S1和测点S2位于相同半径处，对比测点S1与测点S2的速度历史(见图 5(a))可知：对应于泡沫区域的飞片自由面速度起跳时刻晚于空气间隙区域，起跳时刻差值约为30 ns；对应于泡沫区域的测点速度起跳幅值高于空气间隙区域，前者约为后者的1.13倍；爆轰加载后期(以t=25 μs为例)，对应于泡沫区域的金属飞片自由面速度小于空气间隙区域，前者约为后者的0.99倍。对比图 5(b)中测点S3和测点S4的速度曲线也可以得到类似结果。

图 5 单层飞片组装中各测点的速度曲线对比

Figure 5. Comparison of velocity profiles at different test points in single flyer assembly

下载: 全尺寸图片幻灯片

速度起跳时刻的差异与爆轰产物或冲击波在间隙或泡沫垫层中的传播速度相关。在空气间隙区域，炸药爆轰后，爆轰产物高速飞行穿过空气间隙至飞片表面，驱动飞片运动，因此爆轰产物通过装配间隙的时间取决于其运动速度；在泡沫垫层区域，炸药爆轰后爆轰产物直接加载泡沫，冲击波通过泡沫传播至飞片表面，驱动飞片运动，因此冲击波通过泡沫垫层的时间取决于其在泡沫中的传播速度。测点S2的速度起跳时刻早于测点S1，可以推测出爆轰产物在0~0.5 mm厚空气间隙中的平均速度高于冲击波在泡沫垫层中的传播速度，造成对应于空气间隙区域的金属飞片较早承受加载。

速度起跳幅值的差异与爆轰产物或冲击波对金属的加载强度相关。在空气间隙区域，爆轰产物先向空气间隙卸载扩散，而后再作用于飞片；在泡沫垫层区域，爆轰产物作用于泡沫垫层形成冲击波，冲击波传播到泡沫垫层与飞片接触面，透射波加载飞片高速运动。空气间隙和泡沫垫层相当于在炸药与金属飞片之间增加一层缓冲层，测点S2的速度起跳幅值低于测点S1，说明空气间隙对爆轰产物压力的卸载作用大于泡沫垫层，缓冲作用更强。

末速度幅值的差异与炸药做功能力和飞片质量的比值相关。在炸药做功能力相同的条件下，被加载物质的质量越高，末速度越低。对应于泡沫垫层区域的飞片飞行速度低于空气间隙区域，是由于同一圆周半径处爆轰波的加载能量相等，而泡沫垫层增加了被加载物质的总质量。另一方面，二者的末速度差值极小，其原因在于增加的泡沫垫层质量相对于金属飞片质量很小。

测点S1和测点S3都对应于泡沫垫层区域，对比图 5(c)中测点S1与测点S3的速度历史可知：金属飞片内、外侧的速度起跳时刻近乎一致；外围Ø60 mm圆周上测点S1的速度起跳幅值和末速度均低于内侧Ø30 mm圆周上的测点S3，这是边侧稀疏效应的影响；自t=17.3 μs起两条速度曲线开始呈现出不同的走势，可以判定该时刻即为边侧稀疏波对飞片的影响时刻。同理，对比图 5(d)中测点S2和测点S4的速度曲线也可以得到类似结果。

2.2 炸药爆轰驱动双层金属飞片测试结果分析

炸药爆轰驱动双层金属飞片实验获得的DPS测速结果如图 6所示，各测速曲线的起跳时刻、起跳幅值和25 μs时的速度列于表 2。

图 6 双层飞片组装中飞片的测速曲线

Figure 6. Velocity profiles of flyer in double-flyer assembly

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 2 炸药爆轰驱动双层飞片实验结果

Table 2. Experimental results of double-flyer under detonation loading

Probe	Location of test point	t₀/μs	v₁/(m·s^-1)	v₂/(m·s^-1)
S1	Foam cushion, Ø60 mm	14.483	1 307	1 494
S2	Air clearance, Ø60 mm	14.679	1 394	1 547
S3	Foam cushion, Ø30 mm	14.542	1 340	1 566
S4	Air clearance, Ø30 mm	14.721	1 439	1 593

下载: 导出CSV

| 显示表格

比较图 7(a)中测点S1与测点S2的速度历史可知：对应于泡沫区域的测点速度起跳时刻早于空气间隙区域，起跳时刻差值约为200 ns；对应于泡沫区域的测点速度起跳幅值低于空气间隙区域，前者约为后者的0.94倍；爆轰加载后期(以t=25 μs为例)，对应于泡沫区域测点的速度幅值小于空气间隙区域，前者约为后者的0.97倍。对比图 7(b)中测点S3和测点S4的速度曲线也可以得到类似结果。

图 7 双层飞片组装中各测点的速度曲线对比

Figure 7. Comparison of velocity profiles at different test points in double-flyer assembly

下载: 全尺寸图片幻灯片

当炸药与第1层飞片直接接触时，炸药爆炸产生的爆轰波传入第1层飞片并驱动其高速运动。在空气间隙区域，第1层飞片高速穿过空气间隙，撞击第2层飞片，驱动第2层飞片运动；在泡沫垫层区域，第1层飞片直接加载泡沫，应力波穿过泡沫后驱动第2层飞片。对应于泡沫垫层区域的速度起跳时刻较空气间隙区域早，说明应力波在泡沫中的传播速度高于第1层飞片在空气间隙中的飞行速度。

在空气间隙区域，由于间隙路程很短，第1层金属飞片穿过该区域时速度变化不大，而后第1层金属飞片撞击第2层飞片，第2层飞片的自由面速度相比于第1层飞片稍有降低，主要是由于冲击波传播衰减所致；而在泡沫垫层区域，泡沫相当于缓冲层，降低了应力波到达第2层飞片表面时的加载压力，造成泡沫垫层处飞片速度起跳幅值较空气间隙处低。在后续加载过程中，与炸药爆轰驱动单层金属飞片的测试结果类似，泡沫垫层处金属飞片的末速度幅值也低于空气间隙处。

对比图 7(c)中测点S1与测点S3的速度历史可知：金属飞片内、外侧的速度起跳时刻几乎一致；受边侧稀疏效应的影响，外围Ø60 mm圆周上测点S1的速度起跳幅值和末速度均低于内侧Ø30 mm圆周上的测点S3；t=16.2 μs为边侧稀疏波对飞片的影响时刻。同理，对比图 7(d)中测点S2和测点S4的速度曲线也可以得到类似结果。

2.3 空气中近RHT-901装药处冲击波速度估算

在炸药爆轰驱动单层金属飞片实验中，泡沫垫层厚度和空气间隙很小，仅为0.5 mm，可以假定在炸药爆轰驱动双层金属飞片实验中第1层飞片自由面的起跳速度近似等于(实际上稍大于)炸药驱动单层金属飞片自由面的速度起跳幅值，即约为1 679 m/s(取最大值)。根据两发实验中泡沫垫层与空气间隙区域的速度起跳时刻差异以及泡沫和空气间隙厚度，可以计算出应力波在泡沫垫层中的传播速度约为4 879 m/s，在0~0.5 mm区间爆轰产物向空气中飞散的平均速度约为6 765 m/s，则爆轰产物向空气中飞散的初始速度应大于6 765 m/s。大量实验研究表明^[9]，爆轰产物向空气中飞散时的初始速度接近炸药的爆轰速度(RHT-901炸药的爆轰速度为7.86 km/s^[10])，该结果进一步验证了2.1节和2.2节关于速度起跳时刻差异解释的正确性。

3. 结论

对炸药爆轰驱动金属飞片开展了较为精密的实验研究，结果表明装配间隙和垫层对飞片运动特征(包括起跳时间、速度起跳幅值等)产生明显影响，具体结论如下：

(1) 在炸药与金属飞片之间装配垫层或间隙时，相比于空气间隙区域，泡沫垫层区域金属飞片的速度起跳时刻较晚(约30 ns)，速度起跳幅值较高(约1.13倍)，末速度较低；

(2) 在两层金属飞片之间装配垫层或间隙时，相比于空气间隙区域，泡沫垫层区域金属飞片的速度起跳时刻较早(约200 ns)，速度起跳幅值较低(约0.94倍)，末速度较低；

(3) 在0~0.5 mm区间，RHT-901爆轰产物向空气中飞散的平均速度高于应力波在泡沫垫层中的传播速度。

图 1 煤样图片及尺寸

Figure 1. Picture and size of the coal sample

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 实验方案

Figure 2. Experimental scheme

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 垂直层理方向渗流孔分形维数的对比

Figure 3. Fractal dimension of the seepage hole in the vertical bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 平行层理方向渗流孔分形维数的对比

Figure 4. Fractal dimension of the seepage hole in the parallel bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 斜交层理方向渗流孔分形维数的对比

Figure 5. Fractal dimension of the seepage hole in the oblique bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 垂直层理方向吸附孔分形维数的对比

Figure 6. Fractal dimension of the adsorption hole in the vertical bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 平行层理方向吸附孔分形维数的对比

Figure 7. Fractal dimension of the adsorption hole in the parallel bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 斜交层理方向吸附孔分形维数的对比

Figure 8. Fractal dimension of the adsorption hole in the oblique bedding direction

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 不同方向煤体渗流孔与吸附孔分形维数减小率随冲击荷载的变化

Figure 9. Fractal dimension reduction rates of the seepage hole and adsorption hole vary with the impact load

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 不同方向煤体的分形维数与冲击荷载之间的关系

Figure 10. Relationship between the fractal dimension and the impact load of coal bodies in different directions

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 煤样基本参数

Table 1. Basic parameters of coal samples

No.	$\;\rho$ /(g·cm⁻³)	f_c/MPa	C_L/(km·s⁻¹)	R_0,max/%	Mass fraction/%
No.	$\;\rho$ /(g·cm⁻³)	f_c/MPa	C_L/(km·s⁻¹)	R_0,max/%	Ash	Volatile component	Fixed carbon	Exinite	Vitrinite	Inertinite
C₀	1.423	17.29	1.381	3.32	5.62	6.05	83.98	1	98	1
P₀	1.461	15.13	1.852
X₀	1.422	11.65	1.653

下载: 导出CSV

表 2 实验数据表

Table 2. Impact test data

Direction	p_I/MPa	p_L/MPa	No.	Size/mm × mm	$D_{\rm{s} }$	$\bar D_{\rm{s} }$	$R_{\rm{s} }^2$	$D_{\rm{x} }$	$\bar D_{\rm{x} }$	$R_{\rm{x}}^2$	$d$	$\bar d$
Vertical bedding	0	0	YC₁		2.99	2.98	0.97	2.75	2.78	0.95
			YC₂		2.99		0.99	2.78		0.96
			YC₃		2.95		0.98	2.81		0.98
	0.10	28.46	C₁	$\varnothing$ 49.75 × 50.33	2.85	2.85	0.95	2.31	2.23	0.95	0.14	0.14
			C₂	$\varnothing$ 49.33 × 49.89	2.92		0.96	2.21		0.93	0.16
			C₃	$\varnothing$ 49.34 × 50.42	2.79		0.95	2.17		0.96	0.12
	0.15	32.59	C₄	$\varnothing$ 49.42 × 49.57	2.73	2.73	0.99	2.19	2.19	0.95	0.18	0.16
			C₅	$\varnothing$ 49.66 × 49.93	2.78		0.97	2.23		0.96	0.12
			C₆	$\varnothing$ 49.42 × 50.84	2.69		0.94	2.15		0.95	0.18
	0.20	41.43	C₇	$\varnothing$ 49.39 × 49.93	2.63	2.68		2.05	2.13	0.96	0.18	0.17
			C₈	$\varnothing$ 49.42 × 49.76	2.71		0.98	2.21		0.97	0.17
			C₉	$\varnothing$ 49.45 × 50.28	2.69		0.99	2.13		0.98	0.15
	0.30	51.80	C₁₀	$\varnothing$ 49.52 × 50.47	2.56	2.51	0.99	2.05	2.05	0.99	0.17	0.19
			C₁₁	$\varnothing$ 49.36 × 49.78	2.64		0.96	2.09		0.96	0.19
			C₁₂	$\varnothing$ 49.27 × 50.27	2.34		0.94	2.01		0.96	0.22
	0.50	58.70	C₁₃	$\varnothing$ 49.38 × 50.47	2.74	2.73	0.92	2.11	2.12	0.92	0.33	0.44
			C₁₄	$\varnothing$ 49.45 × 50.21	2.79		0.94	2.17		0.93	0.57
			C₁₅	$\varnothing$ 49.49 × 49.44	2.67		0.95	2.07		0.98	0.42
Parallel bedding	0	0	YP₁		2.84	2.87	0.99	2.89	2.86	0.95
			YP₂		2.91		0.96	2.86		0.94
			YP₃		2.87		0.97	2.83		0.96
	0.10	28.46	P₁	$\varnothing$ 49.29 × 50.11	2.57	2.57	0.99	2.03	2.03	0.98	0.13	0.13
			P₂	$\varnothing$ 49.36 × 50.37	2.65		0.98	2.05		0.95	0.11
			P₃	$\varnothing$ 49.47 × 49.88	2.50		0.99	2.02		0.96	0.15
	0.15	32.59	P₄	$\varnothing$ 49.31 × 49.32	2.58	2.58	0.97	2.15	2.15	1.00	0.31	0.25
			P₅	$\varnothing$ 49.33 × 50.28	2.61		0.98	2.19		0.95	0.22
			P₆	$\varnothing$ 49.31 × 49.16	2.56		0.95	2.11		0.97	0.22
Parallel bedding	0.20	41.43	P₇	$\varnothing$ 49.33 × 50.33	2.64	2.64	0.92	2.20	2.19	0.95	0.18	0.28
			P₈	$\varnothing$ 49.60 × 49.85	2.68		0.93	2.14		0.96	0.22
			P₉	$\varnothing$ 49.31 × 50.11	2.61		0.95	2.24		0.98	0.44
	0.30	51.80	P₁₀	$\varnothing$ 49.31 × 50.40	2.81	2.81	0.94	2.21	2.18	0.95	0.37	0.34
			P₁₁	$\varnothing$ 49.05 × 49.87	2.85		0.95	2.16		0.97	0.30
			P₁₂	$\varnothing$ 49.42 × 49.87	2.78		0.94	2.18		0.96	0.35
	0.50	58.70	P₁₃	$\varnothing$ 49.40 × 49.93	2.89	2.81	0.95	2.82	2.73	0.97	0.54	0.50
			P₁₄	$\varnothing$ 49.62 × 49.96	2.81		0.99	2.73		0.96	0.49
			P₁₅	$\varnothing$ 49.32 × 49.79	2.73		0.95	2.63		0.96	0.47
45° oblique bedding	0	0	YX₁		2.81	2.81	0.94	2.77	2.78	0.95
			YX₂		2.85		0.95	2.71		0.95
			YX₃		2.78		0.97	2.85		0.96
	0.10	28.46	X₁	$\varnothing$ 49.49 × 50.03	2.75	2.75	0.99	2.38	2.38	0.97	0.17	0.16
			X₂	$\varnothing$ 49.27 × 49.63	2.81		0.98	2.28		0.95	0.19
			X₃	$\varnothing$ 49.31 × 49.30	2.68		0.97	2.47		0.96	0.12
	0.15	32.59	X₄	$\varnothing$ 49.24 × 49.93	2.67	2.65	0.99	2.39	2.31	0.98	0.29	0.24
			X₅	$\varnothing$ 49.27 × 49.33	2.75		0.95	2.31		0.96	0.21
			X₆	$\varnothing$ 49.27 × 49.82	2.54		0.98	2.23		0.95	0.22
	0.20	41.43	X₇	$\varnothing$ 49.25 × 49.90	2.76	2.70	0.95	2.08	2.12	0.94	0.20	0.22
			X₈	$\varnothing$ 49.60 × 49.38	2.71		0.92	2.17		0.92	0.21
			X₉	$\varnothing$ 49.29 × 49.05	2.64		0.93	2.12		0.93	0.25
	0.30	51.80	X₁₀	$\varnothing$ 49.40 × 50.28	2.47	2.55	0.98	2.01	2.06	0.93	0.21	0.18
			X₁₁	$\varnothing$ 49.38 × 50.88	2.61		0.96	2.07		0.92	0.17
			X₁₂	$\varnothing$ 49.71 × 50.02	2.58		0.97	2.11		0.95	0.16
	0.50	58.70	X₁₃	$\varnothing$ 49.66 × 50.44	2.79	2.73	0.98	2.26	2.28	0.96	0.63	0.71
			X₁₄	$\varnothing$ 49.73 × 49.91	2.75		0.97	2.31		0.94	0.72
			X₁₅	$\varnothing$ 49.46 × 50.05	2.64		0.96	2.28		0.93	0.78

下载: 导出CSV

参考文献(40)

[1]	高为, 易同生, 金军, 等. 黔西地区煤样孔隙综合分形特征及对孔渗性的影响 [J]. 煤炭学报, 2017, 42(5): 1258–1265. GAO W, YI T S, JIN J, et al. Pore integrated fractal characteristics of coal sample in western Guizhou and its impact to porosity and permeability [J]. Journal of China Coal Society, 2017, 42(5): 1258–1265.
[2]	秦勇, 邱爱慈, 张永民. 高聚能重复强脉冲波煤储层增渗新技术试验与探索 [J]. 煤炭科学技术, 2014, 42(6): 1–7. QIN Y, QIU A C, ZHANG Y M. Experiment and discovery on permeability improved technology of coal reservoir based on repeated strong pulse waves of high energy accumulation [J]. Coal Science and Technology, 2014, 42(6): 1–7.
[3]	WEI G Y, SHAN Z Y, ZHANG Z M. Research on hydraulic slotting technology controlling coal-gas outbursts [J]. Journal of Coal Science and Engineering, 2008, 14(1): 67–72. doi: 10.1007/s12404-008-0014-4
[4]	姜永东, 李业, 崔悦震, 等. 声场作用下煤储层渗透性试验研究 [J]. 煤炭学报, 2017, 42(S1): 154–159. JIANG Y D, LI Y, CUI Y Z, et al. Experimental study on characteristics of coal reservoir permeability under acoustic wave [J]. Journal of China Coal Society, 2017, 42(S1): 154–159.
[5]	赵丽娟, 秦勇. 超声波作用对改善煤储层渗透性的试验分析 [J]. 天然气地球科学, 2014, 25(5): 747–752. ZHAO L J, QIN Y. Experiment on improving the permeability of coal reservoir under ultrasound [J]. Natural Gas Geoscience, 2014, 25(5): 747–752.
[6]	FORRESTAL M J, FREW D J, HANCHAK S J, et al. Penetration of grout and concrete targets with ogive-nose steel projectiles [J]. International Journal of Impacting Engineering, 1996, 18(5): 465–476. doi: 10.1016/0734-743X(95)00048-F
[7]	穆朝民, 王海露, 黄文尧, 等. 高瓦斯低透气性煤体定向聚能爆破增透机制 [J]. 岩土力学, 2013, 34(9): 2496–2500. MU C M, WANG H L, HUANG W Y, et al. Increasing permeability mechanism using directional cumulative blasting in coal seams with high concentration of gas and low permeability [J]. Rock and Siol Mechanics, 2013, 34(9): 2496–2500.
[8]	李恒乐, 秦勇, 张永民, 等. 重复脉冲强冲击波对肥煤结构影响的实验研究 [J]. 煤炭学报, 2015, 40(4): 915–921. LI H L, QIN Y, ZHANG Y M, et al. Experimental study on the effect of strong repetitive pulse shockwave on the pore structure of fat coal [J]. Journal of China Coal Society, 2015, 40(4): 915–921.
[9]	CAI Y D, LIU D M, PAN Z J, et al. Pore structure and its impact on CH₄ adsorption capacity and flow capability of bituminous and subbituminous coals from Northeast China [J]. Fuel, 2013, 103: 258–268. doi: 10.1016/j.fuel.2012.06.055
[10]	MANDELBROT B B. The fractal geometry of nature [M]. San Francisco: Freeman, 1982: 35.
[11]	BIRD N, DÍAZ M C, SAA A, et al. Fractal and multifractal analysis of pore-scale images of soil [J]. Journal of Hydrology, 2006, 322(1/2/3/4): 211–219.
[12]	DATHE A, EINS S, NIEMEYER J, et al. The surface fractal dimension of the soil-pore interface as measured by image analysis [J]. Geoderma, 2001, 103(1/2): 203–229.
[13]	HUANG S J, YU Y C, LEE T Y, et al. Correlations and characterization of porous solids by fractal dimension and porosity [J]. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 1999, 274(3/4): 419–432.
[14]	HILDGEN P, NEKKA F, HILDGEN F, et al. Macroporosity measurement by fractal analysis [J]. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 1997, 234(3/4): 593–603.
[15]	YANG F, NING Z F, LIU H Q. Fractal characteristics of shales from a shale gas reservoir in the Sichuan Basin, China [J]. Fuel, 2014, 115: 378–384. doi: 10.1016/j.fuel.2013.07.040
[16]	LIU X J, XIONG J, LIANG L X. Investigation of pore structure and fractal characteristics of organic-rich Yanchang formation shale in central China by nitrogen adsorption/desorption analysis [J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2015, 22(1): 62–72.
[17]	朱汉卿, 贾爱林, 位云生, 等. 蜀南地区五峰-龙马溪组页岩微观孔隙结构及分形特 [J]. 科学技术与工程, 2018, 18(10): 12–19. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2018.10.003 ZHU H Q, JIA A L, WEI Y S, et al. Microscopic pore structure and fractal characteristics of Wufeng-Longmaxi shale, south Sichuan [J]. Science Technology and Engineering, 2018, 18(10): 12–19. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2018.10.003
[18]	GARBACZ J K. Fractal description of partially mobile single gas adsorption on energetically homogeneous solid adsorbent [J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1998, 143(1): 95–101.
[19]	LEE G J, PYUN S Ⅰ, RHEE C K. Characterization of geometric and structural properties of pore surfaces of reactivated microporous carbons based upon image analysis and gas adsorption [J]. Microporous and Mesoporous Materials, 2006, 93(1/2/3): 217–225.
[20]	YAO Y B, LIU D M, TANG D Z, et al. Fractal characterization of adsorption-pores of coals from North China: an investigation on CH₄ adsorption capacity of coals [J]. International Journal of Coal Geology, 2008, 73(1): 27–42. doi: 10.1016/j.coal.2007.07.003
[21]	XU L J, ZHANG D J, XIAN X F. Fractal dimensions of coals and cokes [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1997, 190(2): 357–359. doi: 10.1006/jcis.1997.4885
[22]	宋昱, 姜波, 李凤丽, 等. 低-中煤级构造煤纳米孔分形模型适用性及分形特征 [J]. 地球科学, 2018, 43(5): 1611–1622. SONG Y, JIANG B, LI F L, et al. Applicability of fractal models and nanopores’ fractal characteristics for low-middle rank tectonic deformed coals [J]. Earth Science, 2018, 43(5): 1611–1622.
[23]	王登科, 刘淑敏, 魏建平, 等. 冲击载荷作用下煤的破坏特性试验研究 [J]. 采矿与安全工程学报, 2017, 34(3): 594–600. WANG D K, LIU S M, WEI J P, et al. The failure characteristics of coal under impact load in laboratory [J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2017, 34(3): 594–600.
[24]	刘晓辉, 张茹, 刘建锋. 不同应变率下煤岩冲击动力试验研究 [J]. 煤炭学报, 2012, 37(9): 1528–1534. LIU X H, ZHANG R, LIU J F. Dynamic test study of coal rock under different strain rates [J]. Journal of China Coal Society, 2012, 37(9): 1528–1534.
[25]	XODOT B B. 煤与瓦斯突出 [M]. 宋世钊, 王佑安, 译. 北京: 中国工业出版社, 1966: 310–318.
[26]	YUAN J, TAKEDA N, WAAS A M. A note on data processing in the split Hopkinson pressure bar tests [J]. Experimental Techniques, 1998, 22(5): 21–24. doi: 10.1111/j.1747-1567.1998.tb02317.x
[27]	SHAN R L, JIANG Y S, LI B Q. Obtaining dynamic complete stress-strain curves for rock using the split Hopkinson pressure bar technique [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2000, 37(6): 983–992. doi: 10.1016/S1365-1609(00)00031-9
[28]	陈俊宇, 裴向军, 杜瑞锋, 等. 冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及能耗规律 [J]. 科学技术与工程, 2019, 19(31): 304–310. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2019.31.045 CHEN J Y, PEI X J, DU R F, et al. Dynamic characteristics and energy consumption of sandstone under impact loading [J]. Science Technology and Engineering, 2019, 19(31): 304–310. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2019.31.045
[29]	KOLSKY H. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading [J]. Proceedings of the Physical Society (Section B), 1949, 62: 676–700. doi: 10.1088/0370-1301/62/11/302
[30]	LUNDBERG B. A split Hopkinson bar study of energy absorption in dynamic rock fragmentation [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, 1976, 13(6): 187–197.
[31]	赵迪斐, 郭英海, WANG G, 等. 基于分形建模的高煤级煤孔隙结构特征量化表征-以阳泉矿区山西组煤样为例 [J]. 东北石油大学学报, 2019, 43(3): 53–67. doi: 10.3969/j.issn.2095-4107.2019.03.006 ZHAO D F, GUO Y H, WANG G, et al. Quantitative characterization of pore structure characteristics of high quality coal based on fractal modeling: taking coal samples from Shanxi Formation in Yangquan Mining Area as an example [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2019, 43(3): 53–67. doi: 10.3969/j.issn.2095-4107.2019.03.006
[32]	RIGBY S P. Predicting surface diffusivities of molecules from equilibrium adsorption isotherms [J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2005, 262(1/2/3): 139–149.
[33]	杨峰, 宁正福, 张世栋, 等. 基于氮气吸附实验的页岩孔隙结构表征 [J]. 天然气工业, 2013, 33(4): 135–140. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2013.04.025 YANG F, NING Z F, ZHANG S D, et al. Characterization of pore structures in shales through nitrogen adsorption experiment [J]. Natural Gas Industry, 2013, 33(4): 135–140. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2013.04.025
[34]	吉小峰. 煤中纳米孔隙发育特征及其对气体运移的控制机理研究 [D]. 焦作: 河南理工大学, 2018. JI X F. Development characteristics of nanopores in coal and its controlling mechanism on gas migration [D]. Jiaozuo: Henan Polytechnic University, 2018.
[35]	YAO Y B, LIU D M, TANG D Z, et al. Fractal characterization of seepage-pores of coals from China: an investigation on permeability of coals [J]. Computers & Geosciences, 2009, 35(6): 1159–1166.
[36]	宋晓夏, 唐跃刚, 李伟, 等. 中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征 [J]. 煤炭学报, 2013, 38(1): 134–139. SONG X X, TANG Y G, LI W, et al. Fractal characteristics of adsorption pores of tectonic coal from Zhongliangshan southern coalmine [J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(1): 134–139.
[37]	林海飞, 刘静波, 严敏, 等. CO₂/CH₄在煤储层中扩散规律的分子动力学模型 [J]. 中国安全生产科学技术, 2017, 13(1): 84–89. LIN H F, LIU J B, YAN M, et al. Molecular dynamics simulation on diffusion rules of CO₂/CH₄ in coal reservoir [J]. Journal of Safety Science and Technology, 2017, 13(1): 84–89.
[38]	董怡静, 韩雨桢, 候泉林, 等. 煤变形产气的力化学机理探讨 [J]. 煤炭学报, 2017, 42(4): 942–949. DONG Y J, HAN Y Z, HOU Q L, et al. Mechanochemistry mechanism of gas generation during coal deformation [J]. Journal of China Coal Society, 2017, 42(4): 942–949.
[39]	刘运通, 高文学. 爆炸荷载下岩石损伤的数值模拟研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2001, 20(6): 789–792. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2001.06.007 LIU Y T, GAO W X. Numerical simulation on rock damage under explosion loading [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2001, 20(6): 789–792. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2001.06.007
[40]	唐红梅, 周云涛, 廖云平. 地下工程施工爆破围岩损伤分区研究 [J]. 振动与冲击, 2015, 34(23): 202–206. TANG H M, ZHOU Y T, LIAO Y P. Damage zone of surrounding rock of underground engineering under construction blasting [J]. Journal of Vibration and Shock, 2015, 34(23): 202–206.