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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤样CT扫描重构研究进展:原理、方法及应用
  • 231
  • 作者

    张村贾胜王永乐赵毅鑫陈彦宏王方田

  • 单位

    中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室中国矿业大学(北京)厚煤层绿色智能开采教育部工程研究中心中国矿业大学矿业工程学院

  • 摘要
    煤体内部微观构造直接影响煤的力学性质和渗流性质,是诱发煤与瓦斯突出、水害、自燃等灾害的内在因素,分析煤体微观构造及其与力渗性质的相互影响至关重要。在众多微观分析手段中,CT扫描因其无损性、可视化等特有的优势被广泛运用于煤体内部微观构造的分析与研究。基于此,本文分析了CT的研究原理、方法和重构过程,论述了CT扫描对煤岩体内部构造与其力学、渗透性能相关成果,在此基础上进一步论述了CT扫描在煤体性能分析的主要应用以及发展方向。CT扫描成像与材料密度相关,密度越大的材料吸收X射线的能力越强,成像越亮。CT扫描根据空间分辨率可以分为高分辨率(dm)、超高分辨率(cm)、显微断层扫描(mm)和纳米断层扫描(nm),但扫描成像分辨率与样品尺寸成反比。在CT扫描重构之前,需要对灰度图片进行降噪、去除伪影和分割等处理以此来减小重构结果的误差,常见的处理方法有中值滤波法、均值滤波法、截取分析单元体、阈值分割等。在数值重构过程中阈值分割是最常用的方法,结合核磁共振、压汞、XRD等多手段进行阈值确定有助于提高重构精度。CT扫描应用与煤体力学与渗流的研究分析主要分为两类,一种是煤体力学渗流特征的实验室试验分析,包括常规力学实验、动载实验、压裂实验、渗流实验、水岩作用实验、液氮冻融、微波致裂等,主要分析实验过程中的孔隙演化。另一种则是利用CT扫描煤体重构的模型导入至数值分析软件中,之后进行相应的加载、致裂、渗流等模拟。最后,本文讨论和展望了CT扫描在煤体孔隙和矿物表征中仍需要注意的问题,包括煤体CT扫描孔隙和矿物成分阈值的精确确定,煤体CT扫描重构表征单元体的确定和样品尺寸与扫描分辨率的协调与确定。
  • 关键词

    CT扫描煤体三维重构孔隙结构矿物成分阈值数值模拟

  • 文章目录
    1.CT扫描原理
    2 CT扫描图像处理与三维重构
    3. CT扫描在煤体研究方面的应用
    3.1 实验CT扫描分析
    3.2 数值模拟研究分析
    4 讨论与展望
    5 结论
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