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煤體微觀三維重構及其滲流特征 版權信息
- ISBN：9787030686602
- 條形碼：9787030686602 ; 978-7-03-068660-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
煤體微觀三維重構及其滲流特征 本書特色
本書可供從事礦業工程、巖土工程及多孔介質材料傳質傳熱等領域的 科研人員以及高等院校相關專業師生閱讀參考。
煤體微觀三維重構及其滲流特征 內容簡介
本書基于CT三維重建和數值模擬，提供了一種探索微細觀尺度下煤體結構特征及滲流規律的方法。主要內容包括CT三維重建方法、煤體孔裂隙結構的定量表征、瓦斯滲流模擬和注水滲流模擬、人造孔裂隙模型、應力-滲流耦合特性、流固共軛傳熱模擬及熱變形機理、溫-壓耦合條件下的變形特征等。
煤體微觀三維重構及其滲流特征 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 基于CT掃描的數字巖心技術研究進展及評述 3
1.3 煤體孔裂隙結構的國內外研究現狀 5
1.4 煤體滲流的國內外研究現狀 7
1.5 研究內容和技術路線 9
參考文獻 11
第2章 CT掃描技術的基本原理 14
2.1 概述 14
2.2 計算機斷層掃描技術的基本原理 15
2.3 CT設備部件及功能 16
2.4 CT掃描的實驗流程 17
2.5 小結與討論 19
參考文獻 20
第3章 煤體微觀結構的三維重建 21
3.1 概述 21
3.2 CT圖像降噪 22
3.3 圖像閾值分割 24
3.4 表征單元體選取 29
3.5 煤體結構的三維重建 31
3.6 小結與討論 31
參考文獻 33
第4章 基于CT重建的煤體孔裂隙結構表征 34
4.1 概述 34
4.2 煤體孔裂隙結構的定性分析 35
4.2.1 基于灰度直方圖的煤體結構分析 35
4.2.2 煤體三維孔裂隙結構的定性表征 37
4.3 煤體孔裂隙結構的定量分析 38
4.3.1 煤體孔裂隙結構的微觀參數分析 38
4.3.2 孔隙網絡模型的建立 42
4.4 煤體孔裂隙結構的分形幾何概述 44
4.4.1 分形幾何的基本概念及定義 44
4.4.2 分形維數的計算 46
4.5 孔裂隙結構和滲流參數與分形維數的關系 47
4.5.1 孔隙率與分形維數的關系 48
4.5.2 連通性與分形維數的關系 53
4.5.3 滲透率與分形維數的關系 56
4.6 小結與討論 59
參考文獻 60
第5章 煤體微觀結構的瓦斯滲流模擬 62
5.1 概述 62
5.2 瓦斯流動速度參數辨析 63
5.3 瓦斯滲流參數提取 64
5.4 非達西滲流影響因素的分析 68
5.4.1 有效孔隙率對非達西滲流的影響 68
5.4.2 滲透率與非達西系數對非達西滲流的影響 69
5.5 煤體非達西系數經驗公式優選 70
5.6 小結與討論 73
參考文獻 74
第6章 煤體微觀結構的注水滲流模擬 75
6.1 概述 75
6.2 掃描實驗及三維重建 76
6.3 流固耦合模擬設置 77
6.3.1 流固耦合模型 77
6.3.2 單元格算法 77
6.3.3 材料屬性 78
6.3.4 模擬方案 79
6.4 注水滲流模擬結果分析 79
6.4.1 滲流過程分析 79
6.4.2 初始流速對滲流的影響 81
6.4.3 壓力梯度對滲流的影響 84
6.5 小結與討論 85
參考文獻 86
第7章 含人造裂隙的煤體三維重建及有限元模型的建立 88
7.1 概述 88
7.2 插值算法 89
7.3 含人造裂隙煤體的三維重建 91
7.4 含人造裂隙煤體有限元模型的建立 94
7.5 小結與討論 100
參考文獻 101
第8章 人造裂隙-死端孔隙結構的注水滲流特征 103
8.1 概述 103
8.2 煤樣的選擇與圖片處理 104
8.3 基于人造孔隙技術的注水滲流模擬 105
8.3.1 人造孔隙技術 105
8.3.2 注水滲流模型 106
8.3.3 注水滲流模擬方案 106
8.4 滲流結果與分析 108
8.4.1 滲流分布特征 108
8.4.2 死端孔對滲流變化規律的影響 110
8.4.3 連通孔-裂隙-死端孔隙結構的滲流規律 114
8.5 小結與討論 117
參考文獻 118
第9章 基于煤體微觀結構的應力-滲流耦合特性 120
9.1 概述 120
9.2 煤體應力加載模型的構建 121
9.3 煤體應力-滲流耦合模型的構建 122
9.4 載荷作用下煤體結構特征 124
9.4.1 煤體整體的應力、形變特征 124
9.4.2 煤體整體結構在不同加載速度、圍壓條件下的能量變化特征 126
9.4.3 煤體局部孔隙結構的應力特征 129
9.4.4 煤體局部孔隙、裂隙結構的應變特征 134
9.5 煤體的注水滲流特征 137
9.6 煤體結構的應力-滲流耦合特性研究 138
9.6.1 模型整體的不同形變程度對于滲流的影響 139
9.6.2 局部孔隙、裂隙結構形變程度對于滲流的影響 142
9.7 小結與討論 145
參考文獻 146
第10章 煤體微觀結構的流固共軛傳熱和熱變形模擬 147
10.1 概述 147
10.2 CT三維重建的傳熱和變形模型 148
10.2.1 流固共軛傳熱模型 148
10.2.2 熱載荷作用下的骨架變形模型 149
10.3 共軛傳熱的模擬結果分析 150
10.4 煤體骨架熱變形與孔裂隙結構的模擬結果分析 154
10.4.1 煤體骨架熱變形 154
10.4.2 煤體孔裂隙結構的熱變形 155
10.5 不同煤體微觀結構的共軛傳熱和熱變形特征分析 157
10.5.1 煤體微觀孔裂隙結構的特征分析 158
10.5.2 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的滲流特性 162
10.5.3 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的變形特征 165
10.6 小結與討論 168
參考文獻 169
第11章 煤體溫-壓耦合下微觀結構特性模擬 170
11.1 概述 170
11.2 實驗和方法 171
11.3 煤體變形模型構建 172
11.3.1 原理介紹 173
11.3.2 幾何模型構建 173
11.3.3 溫-壓耦合作用下的煤體變形模型 174
11.4 溫-壓耦合作用下的煤體結構特征分析 175
11.4.1 煤體結構的三維重構及分形特征 175
11.4.2 溫-壓耦合作用下煤體結構的特征 177
11.4.3 煤體內部微觀孔裂隙結構的變形特征 180
11.5 小結與討論 184
參考文獻 184
第12章 煤體孔裂隙結構和滲流特性的綜合表征方法 186
12.1 概述 186
12.2 CT實驗及核磁共振實驗 187
12.3 孔裂隙結構的可視化表征 189
12.3.1 孔裂隙結構的三維重建 189
12.3.2 飽水狀態下的核磁成像 190
12.4 煤體結構的定量表征 191
12.4.1 CT三維重建的孔裂隙結構量化 192
12.4.2 NMR對孔隙結構參數的表征 194
12.4.3 孔隙率的綜合表征 197
12.4.4 孔裂隙的連通性 199
12.5 基于核磁共振的影響煤體滲流因素的研究 203
12.5.1 不同注水時間下的滲流特性 203
12.5.2 注水壓力對滲流特性的影響 206
12.6 小結與討論 208
參考文獻 209
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 基于CT掃描的數字巖心技術研究進展及評述 3
1.3 煤體孔裂隙結構的國內外研究現狀 5
1.4 煤體滲流的國內外研究現狀 7
1.5 研究內容和技術路線 9
參考文獻 11
第2章 CT掃描技術的基本原理 14
2.1 概述 14
2.2 計算機斷層掃描技術的基本原理 15
2.3 CT設備部件及功能 16
2.4 CT掃描的實驗流程 17
2.5 小結與討論 19
參考文獻 20
第3章 煤體微觀結構的三維重建 21
3.1 概述 21
3.2 CT圖像降噪 22
3.3 圖像閾值分割 24
3.4 表征單元體選取 29
3.5 煤體結構的三維重建 31
3.6 小結與討論 31
參考文獻 33
第4章 基于CT重建的煤體孔裂隙結構表征 34
4.1 概述 34
4.2 煤體孔裂隙結構的定性分析 35
4.2.1 基于灰度直方圖的煤體結構分析 35
4.2.2 煤體三維孔裂隙結構的定性表征 37
4.3 煤體孔裂隙結構的定量分析 38
4.3.1 煤體孔裂隙結構的微觀參數分析 38
4.3.2 孔隙網絡模型的建立 42
4.4 煤體孔裂隙結構的分形幾何概述 44
4.4.1 分形幾何的基本概念及定義 44
4.4.2 分形維數的計算 46
4.5 孔裂隙結構和滲流參數與分形維數的關系 47
4.5.1 孔隙率與分形維數的關系 48
4.5.2 連通性與分形維數的關系 53
4.5.3 滲透率與分形維數的關系 56
4.6 小結與討論 59
參考文獻 60
第5章 煤體微觀結構的瓦斯滲流模擬 62
5.1 概述 62
5.2 瓦斯流動速度參數辨析 63
5.3 瓦斯滲流參數提取 64
5.4 非達西滲流影響因素的分析 68
5.4.1 有效孔隙率對非達西滲流的影響 68
5.4.2 滲透率與非達西系數對非達西滲流的影響 69
5.5 煤體非達西系數經驗公式優選 70
5.6 小結與討論 73
參考文獻 74
第6章 煤體微觀結構的注水滲流模擬 75
6.1 概述 75
6.2 掃描實驗及三維重建 76
6.3 流固耦合模擬設置 77
6.3.1 流固耦合模型 77
6.3.2 單元格算法 77
6.3.3 材料屬性 78
6.3.4 模擬方案 79
6.4 注水滲流模擬結果分析 79
6.4.1 滲流過程分析 79
6.4.2 初始流速對滲流的影響 81
6.4.3 壓力梯度對滲流的影響 84
6.5 小結與討論 85
參考文獻 86
第7章 含人造裂隙的煤體三維重建及有限元模型的建立 88
7.1 概述 88
7.2 插值算法 89
7.3 含人造裂隙煤體的三維重建 91
7.4 含人造裂隙煤體有限元模型的建立 94
7.5 小結與討論 100
參考文獻 101
第8章 人造裂隙-死端孔隙結構的注水滲流特征 103
8.1 概述 103
8.2 煤樣的選擇與圖片處理 104
8.3 基于人造孔隙技術的注水滲流模擬 105
8.3.1 人造孔隙技術 105
8.3.2 注水滲流模型 106
8.3.3 注水滲流模擬方案 106
8.4 滲流結果與分析 108
8.4.1 滲流分布特征 108
8.4.2 死端孔對滲流變化規律的影響 110
8.4.3 連通孔-裂隙-死端孔隙結構的滲流規律 114
8.5 小結與討論 117
參考文獻 118
第9章 基于煤體微觀結構的應力-滲流耦合特性 120
9.1 概述 120
9.2 煤體應力加載模型的構建 121
9.3 煤體應力-滲流耦合模型的構建 122
9.4 載荷作用下煤體結構特征 124
9.4.1 煤體整體的應力、形變特征 124
9.4.2 煤體整體結構在不同加載速度、圍壓條件下的能量變化特征 126
9.4.3 煤體局部孔隙結構的應力特征 129
9.4.4 煤體局部孔隙、裂隙結構的應變特征 134
9.5 煤體的注水滲流特征 137
9.6 煤體結構的應力-滲流耦合特性研究 138
9.6.1 模型整體的不同形變程度對于滲流的影響 139
9.6.2 局部孔隙、裂隙結構形變程度對于滲流的影響 142
9.7 小結與討論 145
參考文獻 146
第10章 煤體微觀結構的流固共軛傳熱和熱變形模擬 147
10.1 概述 147
10.2 CT三維重建的傳熱和變形模型 148
10.2.1 流固共軛傳熱模型 148
10.2.2 熱載荷作用下的骨架變形模型 149
10.3 共軛傳熱的模擬結果分析 150
10.4 煤體骨架熱變形與孔裂隙結構的模擬結果分析 154
10.4.1 煤體骨架熱變形 154
10.4.2 煤體孔裂隙結構的熱變形 155
10.5 不同煤體微觀結構的共軛傳熱和熱變形特征分析 157
10.5.1 煤體微觀孔裂隙結構的特征分析 158
10.5.2 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的滲流特性 162
10.5.3 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的變形特征 165
10.6 小結與討論 168
參考文獻 169
第11章 煤體溫-壓耦合下微觀結構特性模擬 170
11.1 概述 170
11.2 實驗和方法 171
11.3 煤體變形模型構建 172
11.3.1 原理介紹 173
11.3.2 幾何模型構建 173
11.3.3 溫-壓耦合作用下的煤體變形模型 174
11.4 溫-壓耦合作用下的煤體結構特征分析 175
11.4.1 煤體結構的三維重構及分形特征 175
11.4.2 溫-壓耦合作用下煤體結構的特征 177
11.4.3 煤體內部微觀孔裂隙結構的變形特征 180
11.5 小結與討論 184
參考文獻 184
第12章 煤體孔裂隙結構和滲流特性的綜合表征方法 186
12.1 概述 186
12.2 CT實驗及核磁共振實驗 187
12.3 孔裂隙結構的可視化表征 189
12.3.1 孔裂隙結構的三維重建 189
12.3.2 飽水狀態下的核磁成像 190
12.4 煤體結構的定量表征 191
12.4.1 CT三維重建的孔裂隙結構量化 192
12.4.2 NMR對孔隙結構參數的表征 194
12.4.3 孔隙率的綜合表征 197
12.4.4 孔裂隙的連通性 199
12.5 基于核磁共振的影響煤體滲流因素的研究 203
12.5.1 不同注水時間下的滲流特性 203
12.5.2 注水壓力對滲流特性的影響 206
12.6 小結與討論 208
參考文獻 209
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煤體微觀三維重構及其滲流特征 節選
第1章 緒論 1.1 概述 煤炭是我國*重要的能源，蘊藏量居世界第三位。近年來中國在世界煤炭產量中的占比接近50%，中國煤炭生產發生的變化也對世界煤炭產量產生了深刻影響。2016年，中國煤炭行業開始施行“供給側結構性改革”，政策引導和市場出清“雙管齊下”，落后產能加快退出，當年中國原煤產量為34.1億t，同比下降9.07%，中國原煤產量的大幅度下降對世界煤炭產量產生了較大的影響。據國家統計局數據，2019年全國原煤產量為38.5億t，同比增長4.0%，煤炭消費量同比增長1%。雖然*近幾年世界煤炭產量出現了反彈，但大部分發達國家的煤炭需求實際上正在逐步下降。從世界煤炭的生產結構方面看，中國在世界煤炭產量中的占比基本維持穩定。圖1-1為2012年以來我國的煤炭產量。2020年1～11月，生產原煤34.8億t，同比增長0.4%。 圖1-1 2012年以來我國的煤炭產量 我國不僅是煤炭生產和消費大國，同時也是世界上煤礦災害嚴重、災害多發的國家。有數據統計顯示：我國煤與瓦斯突出礦井占礦井總數的44%，在2004～2015年，由瓦斯突出引起的各類事故約占煤礦總事故起數的11.2%，死亡人數占比約為29.7%；在此期間，沖擊地壓引起的頂板事故居高不下（事故起數占比為52.1%，死亡人數占比為36.5%），成為嚴重威脅煤礦安全開采的危險因素之一；而由煤礦生產中生成的粉塵顆粒引起的塵肺病例也有逐漸上升的趨勢，截至2014年全國塵肺病累計發病75萬余例，死亡15萬例，近四年平均每年新發塵肺病人2萬多例，平均每年死亡近700例。2012年以來煤礦事故起數、死亡人數和百萬噸死亡率的變化趨勢如圖1-2所示。2019年各產煤地區、煤礦安全監管監察部門、煤礦企業強化紅線意識，監管監察執法效能不斷提高，防災治災能力不斷提升，煤礦智能化建設不斷加快，煤礦安全基礎不斷夯實。2019年全國煤礦發生死亡事故170起、死亡316人，分別下降24.1%和5.1%；繼2018年百萬噸死亡率首次降到0.1后，2019年繼續下降10.8%，為0.083。盡管近年來煤礦安全生產成效明顯，但2019年較大以上事故出現反彈，事故起數和死亡人數同比分別增加6起、54人。 圖1-2 2012年以來煤礦事故起數、死亡人數和百萬噸死亡率變化趨勢 隨著對煤炭需求的增加，淺層煤炭開采逐漸枯竭，而隨著煤礦開采深度的增加，復雜的應力環境對于煤體結構所造成的影響更加突出，這也導致了針對煤體結構的應力特征研究越來越受到重視。而煤作為一種多孔介質巖石材料，其自身存在的孔隙、裂隙、層理等諸多類型的缺陷結構客觀限制了對煤體復雜力學行為的認識。同時，不同的載荷加載方式（路徑）也會引起煤體結構的變形特性、損傷演化規律及破壞狀態等力學機理和力學響應方面的差異。因此，開展不同加載方式下含孔裂隙煤體結構的力學特征研究，對礦井開采及煤礦安全防治具有重要的意義。礦井采深的增加不僅會產生復雜的受力環境，同時也會引起煤與瓦斯突出危險性增加，而煤礦開采過程中存在的粉塵污染、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等自然災害愈發突出，危險程度不斷升級。如何綜合治理解決煤與瓦斯突出、沖擊地壓事故，并對工作面煤塵進行有效防控已成為當務之急。 煤層注水作為一種減小沖擊地壓、煤與瓦斯突出和自然發火災害的有效手段，已被廣泛應用于深部煤層生產中。煤層注水主要通過注水孔向煤體預注高壓水，利用壓力水對弱面的壓裂、沖刷及楔入作用，使煤巖體擴大原有裂隙、產生次生裂隙。其不僅對降低采煤工作面粉塵濃度、減小粉塵對井下工人及作業場所的危害程度具有重要的意義，也對解決煤與瓦斯突出、沖擊地壓、自燃發火、煤體軟化等礦井實際生產問題起到積極的促進作用。然而，煤層注水是一項受眾多因素耦合作用的復雜工程，其作用效果往往受到工程地質、水文地質、流體和巖體力學性質及工程擾動條件等復雜因素的影響。從微觀層面上來說，煤體自身的孔裂隙特征、物理力學性質等因素直接影響了煤層注水的實際效果和經濟效益，同時，隨著煤炭資源開采深度的逐年增加，高地應力、高地溫、高瓦斯、高巖溶水壓等深部地質環境通過影響成煤過程中孔裂隙的演變及開采擾動下煤體孔裂隙的擴展發育，間接影響了注水過程中孔裂隙結構流體的運移流動規律。在目前沒有完全明確微觀注水滲流機理的情況下，深入研究應力-滲流耦合作用下煤體滲透演化規律及其損傷機理具有十分重要的意義。因此，以含孔裂隙結構的煤體模型為基礎，研究流固耦合條件下流體的運移分布規律，對煤層注水工程具有重要的理論意義和應用價值。 隨著計算機技術的飛速發展及計算機層析（CT）技術在工程實際中的廣泛使用，基于高分辨率的CT圖像實現對煤體內部結構的重建已經成為可能，并且已經發展成為表征煤體孔裂隙結構的重要手段。CT技術不僅可以實現對煤體內部無損的檢測，并能夠借助三維重建軟件對其內部結構進行重現，而且可以定量地獲得煤體孔裂隙結構的微觀參數，如孔徑、孔體積、孔隙數量、孔隙率、滲透率等參數。在對煤體孔裂隙結構的量化研究過程中，許多專家和學者引入分形維數對其進行定量分析，而分形維數在研究多孔介質結構的過程中是不同于常規方法的一種新技術，其易于進行定量分析的特性使得眾多學者應用其對多孔介質結構特征進行定量分析，故將其應用于煤體結構的研究中能夠更準確地對煤儲層進行評價及量化分析。目前有眾多學者的研究對預防煤層開采災害起到了積極促進作用，且發表了大量關于煤層開采方面的論文，其作者的高被引分析結果如圖1-3所示。 1.2 基于CT掃描的數字巖心技術研究進展及評述 由于多數的煤深埋于地下，通過觀察法和實地探測法進行研究的難度較大，因此研究人員多借助實驗方法來研究煤體的微觀結構。常規實驗方法主要有壓汞 圖1-3 煤層開采發文作者的高被引分析 法[MIP]、低溫氮氣吸附法、掃描電鏡（SEM）切片法、核磁共振法（NMR）和計算機斷層技術（CT）。CT法與其他方法相比，不僅可以獲得表征煤體結構的參數，還可以在對煤體破壞盡可能小的情況下定量表征煤體的微觀孔隙結構，建立可視化的物理模型。 在對煤的微觀研究中，CT技術主要用3D表征煤體的孔、裂隙，如煤層的割理及孔徑間距、構造煤滲流孔、煤體內礦物的賦存特征等。Simons等[1]使用CT重建技術與彩色圖像分析技術對煤體進行了定量表征，表征精度約為53μm。Coles等[2]利用LBM方法模擬研究了孔隙介質多相流，對砂巖表征的精度達到了30μm。硬件的改善逐漸提高了3D表征的效果，Van等[3]設計開發了微焦點CT裝置，其*小觀測精度可達0.35μm，趙陽升等[4]使用的μCT225kVFCB型高精度顯微CT系統可分辨1～2μm的孔隙和1μm寬的裂縫。其他研究人員通過CT研究了煤體的受載破碎過程，Nie等[5]通過設計開發的CT系統研究了細觀尺度下的煤體破裂過程。Li等[6]通過CT技術研究了煤體結構對煤體物理性質的影響，并隨壓力升高將煤體結構的變化劃分了5個階段。 此外，對于煤體瓦斯的吸附與運移過程，Karacan和Okandan[7]通過定量CT技術進行了相應的研究，He等[8]則通過煤樣單軸壓縮后的可視化孔隙及細觀裂隙，進一步研究了煤與瓦斯耦合的作用機制。研究人員也通過CT技術對煤體的熱破裂規律進行了探索，分析了次煙煤熱干燥時的煤體孔隙空間的變化[9]、定量評價了煤熱解時各影響因素的影響程度[10]、對瘦煤內部的熱破裂過程進行了觀測和分析，并得出熱破裂發生的閾值溫度[11]。其他研究手段的加入彌補了CT研究的不足，Cai等[12]通過CT重建技術并結合聲發射和超聲技術研究了煤體在三軸加載時煤體破壞產生的裂隙及其對煤體滲透系數的影響。 目前，CT掃描技術已廣泛應用于各個領域的研究中。通過統計發文機構與合作分析，得到中國礦業大學、中國礦業大學（北京）、中國科學院和山東科技大學等高校及機構利用CT掃描技術對煤巖體的研究較多，如圖1-4所示。通過繪制的機構合作分布，可見國際機構之間也維持著較多的學術合作，且我國科研機構是全球該領域研究的重要力量。 圖1-4 CT技術在煤巖體中應用的發文機構與合作分析 1.3 煤體孔裂隙結構的國內外研究現狀 煤巖儲層是一種具有雙重孔隙結構的巖石，其雙重孔隙系統可以劃分為基質孔隙和裂隙。在煤基質中的微孔隙稱為基質孔隙，該類孔隙是煤層氣的主要儲集場所；煤巖裂隙按構造可分為內生裂隙和外生裂隙兩種類型。外生裂隙主要由構造應力引起，內生裂隙則形成于煤化過程。煤層氣的主要滲流通道為裂隙，不同的裂隙影響著煤層氣的儲集和滲流。另外，許多宏觀的物理和化學參數，如密度和煤巖強度，都與煤的孔裂隙結構有著密不可分的聯系。 煤體孔裂隙結構的研究主要是通過對孔裂隙參數中的孔徑大小、分布及孔隙率和滲透率等信息進行分析，從而達到對孔裂隙結構表征的目的。目前，煤體孔裂隙結構的表征有很多種方法，其中密度計算法只能得到孔隙率，傳統的氮氣吸附法及壓汞法等可獲得煤體的孔徑大小、孔體積及比表面積等孔隙信息，但在實驗過程中會對煤體孔裂隙結構造成一定的破壞。后續利用納米CT、掃描電鏡等高分辨率設備來表征孔裂隙的方法，不僅能無損地觀測到煤體孔裂隙結構，而且在CT方面還可以通過三維重建孔裂隙模型進一步對煤體從三維的層面來分析煤體結構。此外，煤體孔裂隙結構的復雜程度還可以通過分形維數進行定量表征，這對研究煤體孔裂隙結構具有不可忽視的作用。 煤體孔裂隙結構的研究方法可分為觀察描述法和物理測試法，其中觀察描述法主要包括宏觀描述法和光學顯微描述法。宏觀描述法主要選擇具有代表性的原生樣品對其裂隙類型、走向、傾角等參數進行描述，記錄裂隙充填礦物及程度、連通性等作為宏觀裂隙的統計結果。煤巖孔裂隙結構在光學顯微鏡下的描述法是借助光學鏡測試技術，利用了不同組分對光的反射及吸收能力的差異，從而經人的眼睛及大腦神經系統轉化為電信號產生差異性，以此獲得樣品孔裂隙結構信息并進行研究分析[13]。物理測試法包括密度計算法、氮氣吸附法、壓汞法、掃描電鏡法、小角X射線散射、透射電子顯微鏡、核磁共振法、計算機層析技術（CT）等。趙虹等[14]通過低溫氮吸附法研究褐煤的孔隙分布及吸附特征，實驗測得的*小孔徑可達0.43nm。楊峰等[15]通過氮氣吸附實驗研究頁巖的孔隙結構，得到其孔徑分布、孔體積等孔隙信息。Zhou[16]等通過壓汞法得到了孔尺寸的體積分布，并利用分形維數的幾何模型表征孔隙的非均質性。Zhao[17]等利用氮氣等溫線吸附/脫附實驗研究煤體孔隙特征及分形維數的變化。Cai等[18]基于MIP和氮氣吸附/脫附實驗，建立了孔隙度/孔徑分布與基質壓縮系數的數學模型。Yuan等[19]使用核磁共振技術分析了煤階、潤濕性和微裂隙等因素對煤的自吸能力的影響。Li和Liu等[20，21]利用多種方法研究了孔隙大小及分布等幾何特征，并推導了分形維數的公式。何雨丹等[22，23]提出通過核磁共振實驗中的自由水T2分布構造毛管的壓力曲線來消除薄膜束縛水對分布的影響，改進了通過核磁共振分布來研究孔隙結構的理論和方法。 目前，利用CT掃描技術對于煤體孔裂隙的可視化研究已成為一個主流方法，通過繪制作者合作網絡分析圖譜，可以看到程遠平、劉世民、劉大猛等眾多學者在該領域做了大量研究，如圖1-5所示。
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