本文以河南省平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦正在掘進(jìn)開采的工作面煤巖體樣品為研究對(duì)象,從煤體孔隙、裂隙等微觀結(jié)構(gòu)著手,探究溫度及有效應(yīng)力,尤其是溫度對(duì)煤巖體滲透率的影響規(guī)律。筆者前期分別進(jìn)行了不同溫度、有效應(yīng)力下型煤樣品的滲透率測(cè)定試驗(yàn)和在線加熱、同步觀測(cè)原煤樣品微觀結(jié)構(gòu)演變的偏光顯微鏡試驗(yàn)。然后利用SEM掃描觀測(cè)該煤礦工作面煤樣的微觀形貌,并對(duì)掃描圖像進(jìn)行有效分割,通過與不同分割算法(直方圖分割、K-均值聚類分割、K-均值聚類結(jié)合閉運(yùn)算、K-均值聚類結(jié)合先閉后開運(yùn)算等算法)作對(duì)比試驗(yàn),探究得到一種更為優(yōu)越的分割算法——K-均值聚類結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的先開后閉算法,便于對(duì)微觀掃描圖像進(jìn)行更為精準(zhǔn)地分割及定量分析,最終得到不同溫度、有效應(yīng)力下煤巖滲透率變化的內(nèi)在原因,旨在為今后研究煤巖體微觀結(jié)構(gòu)及微觀滲透率變化,煤層氣開采及運(yùn)移規(guī)律提供新思路。試驗(yàn)結(jié)果顯示:(1)煤巖滲透率隨溫度升高呈先增后減趨勢(shì)。溫度升高,煤樣整體向外膨脹,滲流通道增大且增多,滲透率增大;溫度繼續(xù)升高,固體顆粒持續(xù)膨脹,孔、裂隙不再擴(kuò)張,導(dǎo)致孔、裂隙占有率下降,滲流通道減小,滲透率降低;60℃后,隨溫度升高滲透率趨于平緩。(2)煤巖滲透率隨圍壓增大呈單減趨勢(shì)。初始加載應(yīng)力下,煤體滲流通道快速減小,滲透率降低;中間由應(yīng)力場(chǎng)引起的固體顆粒擴(kuò)張弱于溫度場(chǎng)引起的煤樣整體擴(kuò)張,滲透率平穩(wěn)或局部回增,之后緩慢減小,直至趨于平緩。(3)從微觀形貌角度較好地驗(yàn)證了煤巖滲透率隨溫度持續(xù)升高的變化機(jī)制。觀測(cè)發(fā)現(xiàn),溫度升高,煤樣孔、裂隙先擴(kuò)張,滲流通道擴(kuò)大,導(dǎo)致升溫前期滲透率快速增大;60℃后,孔、裂隙受擠壓減小,導(dǎo)致滲透率降低。滲透率實(shí)測(cè)曲線與微觀研究存在較高契合度。(4)利用K-均值聚類數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中先開后閉濾波運(yùn)算,對(duì)SEM掃描得到的灰度區(qū)域不明顯的微觀圖像進(jìn)行有效分割,并驗(yàn)證本文算法的精確性。開運(yùn)算能消除圖像分割后區(qū)域內(nèi)形成的孔噪聲,閉運(yùn)算能填平物體內(nèi)細(xì)小孔洞,連接相鄰區(qū)域,去除圖像中點(diǎn)噪聲,確保SEM掃描圖像分割形狀不變的前提下盡可能消除噪聲引發(fā)的影響。(5)利用K-均值聚類數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中先開后閉濾波運(yùn)算,從局部掃描圖像面孔率著手,更進(jìn)一步驗(yàn)證溫度對(duì)滲透率的影響。20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、160℃、200℃、240℃時(shí)的面孔率依次為4%、5%、7%、6%、4%、3%、2%、2%。這些數(shù)值構(gòu)成的曲線走勢(shì)與滲透率隨溫度變化趨勢(shì)基本保持吻合。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡（圖2.3），該顯微鏡分辨率如下：高真空模式3.0nm@30kV，8nm@3kV；高真空減速模式7nm@3kV（可選項(xiàng)）；低真空模式3.0nm@30kV ， 10nm@3kV ； 環(huán) 境 真 空 模 式 3.0nm@30kV ； 背 散 射 電 子4.0nm@30kV，能譜分辨率優(yōu)于132eV。QUANTA200型SEM顯微鏡除了不僅可以在高真空狀態(tài)下對(duì)樣品表面形貌進(jìn)行成像，還可以在低真空模式（15Pa~130Pa）和環(huán)境狀態(tài)模式（130Pa~2600Pa）下直接觀察樣品，且其樣品室大，且工作距離大，能夠更加有效地觀察大塊樣品和磁性材料。該型號(hào)的SEM除樣品室壓力最高可達(dá)2600Pa，加速電壓范圍為200V~30kV。FEI ESEM在環(huán)境掃描模式下，探測(cè)器為8/16bitSSD，視域能夠達(dá)到3584×3094像素，能夠單幀或四幅圖像顯示，支持TIF8位或者16位、BMP、JEGP圖像格式。

聚光器則主要由聚光鏡和光圈組成，聚光鏡起到凸透鏡的作用，能夠會(huì)聚光線，主要用來增強(qiáng)標(biāo)本的照明，光圈由十幾張金屬薄片組成，用于調(diào)節(jié)光強(qiáng)度，同時(shí)使聚光鏡的數(shù)值孔徑與物鏡的數(shù)值孔徑和相匹配。本次試驗(yàn)所采用的光學(xué)顯微鏡為OLYMPUS的BX52TF顯微鏡（圖2.4），并將加熱臺(tái)與該顯微鏡連接進(jìn)行試驗(yàn)研究。顯微鏡內(nèi)置透射科勒照明系統(tǒng)，采用12V，100W鹵素?zé)襞荩A(yù)先對(duì)中）12V100WHAL，光強(qiáng)電壓范圍：直流不高于1.0V到12.0V（連續(xù)），額定電壓：100-120/220-240V、1.8/0.8A，、50/60Hz，額定功率為140W。通過滾軸導(dǎo)軌改變載物臺(tái)高度來聚焦，總行程范圍為25mm，視場(chǎng)數(shù)為22~26.5，鏡筒傾斜度能達(dá)到30°；載物臺(tái)移動(dòng)范圍：垂直方向52mm，水平方向76毫米。本文試驗(yàn)放大倍數(shù)為500倍，加熱臺(tái)采用5℃/min的升溫速率，溫控精度為±0.1℃。

25（e）制備好的型煤樣品圖3.1 型煤樣品制備3.2 煤巖滲透率試驗(yàn)研究3.2.1 試驗(yàn)設(shè)備滲流試驗(yàn)儀器采用河南理工大學(xué)煤儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室的儲(chǔ)層滲透性動(dòng)態(tài)傷害評(píng)價(jià)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)機(jī)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由儲(chǔ)層滲透性動(dòng)態(tài)傷害評(píng)價(jià)系統(tǒng)、環(huán)壓跟蹤泵（KDHB-60）、氣體供給系統(tǒng)以及恒溫箱（KDCT-Ⅲ）三部分組成，氣體供給系統(tǒng)又包含高壓氮?dú)夤�、減壓閥、壓力表以及一些導(dǎo)管等。實(shí)驗(yàn)參數(shù)主要有：巖心直徑，單位CM；巖心長(zhǎng)度，單位CM；氣體粘度，單位mpa．s，由于實(shí)驗(yàn)所采用的是N2，所以氣體粘度在此處為定值0.01758mpa．s
【參考文獻(xiàn)】

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2 薛華慶;胥蕊娜;姜培學(xué);周尚文;;巖石微觀結(jié)構(gòu)CT掃描表征技術(shù)研究[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2015年06期

3 湯曉萍;劉超;韓欣怡;;偏光顯微鏡法檢測(cè)工業(yè)礦物粉料中石棉[J];冶金分析;2015年04期

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5 魏建平;吳松剛;王登科;李富仁;;溫度和軸向變形耦合作用下受載含瓦斯煤滲流規(guī)律研究[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2015年01期

6 李茂華;楊延清;黃斌;羅賢;張偉;韓明;汝繼剛;;先進(jìn)的電子斷層掃描技術(shù)在材料科學(xué)中的發(fā)展——基于透射電子顯微鏡和掃描透射電子顯微鏡(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年10期

7 李鳳濱;盛金昌;詹美禮;徐力猛;吳強(qiáng);賈春蘭;;Evolution of limestone fracture permeability under coupled thermal, hydrological, mechanical, and chemical conditions[J];Journal of Hydrodynamics;2014年02期

8 李佳偉;劉建鋒;張澤天;裴建良;劉星光;張茹;;瓦斯壓力下煤巖力學(xué)和滲透特性探討[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

9 孫可明;吳迪;粟愛國(guó);陳治宇;任碩;岳立新;談健;;超臨界CO_2作用下煤體滲透性與孔隙壓力–有效體積應(yīng)力–溫度耦合規(guī)律試驗(yàn)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2013年S2期

10 王醒東;林中山;張立永;夏芳敏;孔梅梅;;掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)及對(duì)樣品的制備[J];廣州化工;2012年19期

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4 李明敏;褐煤熱解滲透及其微觀結(jié)構(gòu)變化的研究[D];太原理工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2852852