分形理论在煤中甲烷分布研究领域的应用探索

本文通过对不同煤阶的煤样样品吸附甲烷的过程进行实时红外成像,并通过MATLAB数字化图像处理程序对所拍摄的红外图像进行计算分析,对煤样吸附过程中甲烷气体的分布特征以及煤样温度变化特征进行了研究。实验结果表明:不同煤阶的煤样中都存在甲烷分布富集区域,该区域尺度与吸附能力均不同,并且在吸附过程中比邻近区域具有更明显的升温现象。通过MATLAB数字化图像处理方法对不同吸附压力条件下的煤样中甲烷富集区域进行提取,可以得到该区域煤样中甲烷吸附量所占比率与温度变化量之间的关系。结合分形理论,发现在不同的吸附压力条件下,不同煤阶中甲烷富集区域均具有分形规律,分形维数随吸附压力的提高而逐渐增大,分布初值逐渐减小,并且分形维数均在1.4~2.0之间。同时,分形维数与吸附平衡压力之间的关系与吸附量和吸附平衡压力间的关系相吻合,较为符合朗格缪尔理论的规律。