CN113902863B - 一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法，属于煤孔隙网络表征领域，包括：获取煤样微孔、介孔和大孔占比数据；运用rand函数在三维坐标轴x，y和z生成n个点等效代替n块随机等效媒体d_i；随机选取两点，计算两随机点之间的距离s，并判断s属于哪个孔径范围；依次判断距离s是否满足相应的条件，根据满足的不同条件将两点用不同的线条连接起来，最后删除未连线的点，形成等效孔隙网络拓扑结模型二维结构；通过冒泡排序算法判定两条直线是否相交，若相交，则删除短的一条线，得到优化后的等效网络拓扑结构。该方法直观、较准确的模拟出采空区或者煤的孔隙网络拓扑结构图；打破以小的孔隙网络研究去衡量大型采空区孔隙网络。

Description

一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法

技术领域

本发明属于煤孔隙网络表征技术领域，具体涉及一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法。

背景技术

采空区遗煤自燃灾害发生的实质是采空区风流场持续供氧、遗煤蓄热、热量积聚综合作用的结果，漏风供氧既是生热的必要前提条件，又是热量传递的媒介，足够的漏风量可以带走煤自燃产生的热量，降低煤体温度，因此，研究采空区漏风流场分布规律是防治煤自燃灾害技术的基础理论。研究漏风流场的前提是准确掌握煤的孔隙结构规律，目前煤的孔隙结构测定常采用核磁共振、电镜扫描和压汞实验等方法，能较准确+得到煤体的孔隙结构，但这都是针对较小煤体范围内，不能得到采空区大范围的孔隙网络结构。采空区属于未知区域，研究采空区的结构至关重要。

因此，本发明提出一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法，包括以下步骤：

获取煤样微孔、介孔和大孔占比数据；

根据所述煤样微孔、介孔和大孔占比数，运用rand函数在三维坐标轴x，y和z生成n个点等效代替n块随机等效煤体d_i，d_i＝(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1……n，x_i,y_i,z_i分别为微孔、介孔和大孔占的孔径；

利用蒙特卡罗思想随机选取两点，计算两随机点之间的距离s，并判断s属于哪个孔径范围；

依次判断所述距离s是否满足相应的条件，根据满足的不同条件将两点用不同的线条连接起来，最后删除未连线的点，形成等效孔隙网络拓扑结模型二维结构；

通过冒泡排序算法判定两条直线是否相交，若相交，则删除短的一条线，得到优化后的等效网络拓扑结构，拓扑结构图中包含多个等效节点和多个等效分支。

优选地，所述通过对煤样进行工业分析和压汞实验，得到微孔、介孔和大孔的占比数据。

优选地于，所述微孔的孔径小于等于5nm，介孔的孔径分为三类，分别为5～10nm、10-25nm、25～50nm，大孔的孔径为50～175nm。

优选地，所述依次判断所述距离s是否满足相应的条件，具体包括：

判断两点距离是否满足0<S≤5nm或满足该距离的次数m_w小于10.01％×n，如果是，将两点用“-·-”连接；

判断两点距离是否满足5<S≤50nm或满足该距离的次数m_j小于38.3％×n，如果是，将两点用“--”连接；

判断两点距离是否满足50<S≤175nm或满足该距离的次数m_d小于51.67％×n，如果是，将两点用“-”连接；

判断m_w，m_j，m_d是否分别等于10.01％×n，38.3％×n，51.67％×n，若不满足，表明随机选择的两点不符合等效孔隙网络的构建，需重新随机选择两点继续该流程，最后删除未连线的点；

其中，m_w，m_j，m_d分别指的是两点之间的距离判定属于微孔w，介孔j，大孔d的总次数；

“10.01％×n”中的n代表随机生成n个点的值。

本发明提供的煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法具有以下有益效果：

本发明直观、较准确的模拟出采空区或者煤的孔隙网络拓扑结构图，采空区漏风和煤自燃提供理论依据；可根据采空区实际大小，对等效网络进行等效缩放，打破以小的孔隙网络研究去衡量大型采空区孔隙网络，实验结果更贴近于实际情况。本发明对丰富多孔介质理论具有重要的意义，为煤的孔隙结构研究提供理论基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法的流程图；

图2为孔隙网络拓扑结模型二维结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

为了更直观表征采空区通风网络结构图，本发明提供一种基于等效煤体模拟技术分析采空区煤体之间的孔隙规律，结合实验分析和算法模拟采空区网络拓扑结构，具体为一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法，通过对煤体进行压汞实验、工业分析，得到相关煤层的特有性质，利用matlab实现采空区的等效网络拓扑结构，本发明适用于采空区孔隙网络和实验室煤体孔隙网络的等效网络表征，主要包括实验获得基础数据和matlab实现煤的等效网络的表征。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤1，对煤样进行工业分析和压汞实验，得到微孔、介孔和大孔的占比，为后续网络拓扑结构提供基础数据支撑。得到的数据如下：

表1煤体的内部孔隙占比

步骤2，由步骤1中得到的实验数据煤体微孔、介孔和大孔占比，根据煤样微孔、介孔和大孔占比数，运用rand函数在三维坐标轴x，y和z的0～175μm生成n个点等效代替n块随机等效煤体d_i，d_i＝(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1……n，x_i,y_i,z_i分别为微孔、介孔和大孔占的孔径。

步骤3，利用蒙特卡罗思想随机选取两点，计算两随机点之间的距离s，并通过matlab智能判断s属于哪个孔径范围，

步骤4、依次判断距离s是否满足相应的条件，根据满足的不同条件将两点用不同的线条连接起来，最后删除未连线的点，形成等效孔隙网络拓扑结模型二维结构，具体包括：

步骤4.1、判断两点距离是否满足0<S≤5nm或满足该距离的次数m_w小于10.01％×n，如果是，将两点用“-·-”连接；如果否，进行步骤3.2；

步骤4.2、判断两点距离是否满足5<S≤50nm或满足该距离的次数m_j小于38.3％×n，如果是，将两点用“--”连接；如果否，进行步骤3.3；

步骤4.3、判断两点距离是否满足50<S≤175nm或满足该距离的次数m_d小于51.67％×n，如果是，将两点用“-”连接；如果否，进行步骤3.4；

步骤4.4、判断m_w，m_j，m_d是否分别等于10.01％×n，38.3％×n，51.67％×n，若不满足，表明随机选择的两点不符合等效孔隙网络的构建，需重新随机选择两点继续该流程，最后删除未连线的点。

步骤5，通过冒泡排序算法判定两条直线是否相交，若相交，则删除短的一条线，得到优化后的等效网络拓扑结构图，如图2所示，拓扑结构图中包含多个等效节点1和多个等效分支2。

本发明提供的煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法直观、较准确的模拟出采空区或者煤的孔隙网络拓扑结构图，采空区漏风和煤自燃提供理论依据；可根据采空区实际大小，对等效网络进行等效缩放，打破以小的孔隙网络研究去衡量大型采空区孔隙网络，实验结果更贴近于实际情况。本发明对丰富多孔介质理论具有重要的意义，为煤的孔隙结构研究提供理论基础。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取煤样微孔、介孔和大孔占比数据；

根据所述煤样微孔、介孔和大孔占比数，运用rand函数在三维坐标轴x，y和z生成n个点等效代替n块随机等效煤体d_i，d_i＝(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1……n，x_i,y_i,z_i分别为微孔、介孔和大孔占的孔径；

利用蒙特卡罗思想随机选取两点，计算两随机点之间的距离s，并判断s属于哪个孔径范围；

依次判断所述距离s是否满足相应的条件，根据满足的不同条件将两点用不同的线条连接起来，最后删除未连线的点，形成等效孔隙网络拓扑结模型二维结构；

通过冒泡排序算法判定两条直线是否相交，若相交，则删除短的一条线，得到优化后的等效网络拓扑结构，拓扑结构图中包含多个等效节点(1)和多个等效分支(2)；

所述微孔的孔径小于等于5nm，介孔的孔径分为三类，分别为5_～10nm、10_～25nm、25_～50nm，大孔的孔径为50_～175nm；

所述依次判断所述距离s是否满足相应的条件，具体包括：

判断两点距离是否满足0<S≤5nm或满足该距离的次数m_w小于10.01％×n，如果是，将两点用“-·-”连接；

判断两点距离是否满足5<S≤50nm或满足该距离的次数m_j小于38.3％×n，如果是，将两点用“--”连接；

判断两点距离是否满足50<S≤175nm或满足该距离的次数m_d小于51.67％×n，如果是，将两点用“-”连接；

判断m_w，m_j，m_d是否分别等于10.01％×n，38.3％×n，51.67％×n，若不满足，表明随机选择的两点不符合等效孔隙网络的构建，需重新随机选择两点继续该流程，最后删除未连线的点；

其中，m_w，m_j，m_d分别指的是两点之间的距离判定属于微孔w，介孔j，大孔d的总次数。

2.根据权利要求1所述的煤的等效孔隙网络拓扑结构表征方法，其特征在于，通过对煤样进行工业分析和压汞实验，得到煤样微孔、介孔和大孔占比数据。