基于Bi-PTI模型的CT数字煤岩孔裂隙精准识别及阈值反演

作者：郝晨光; 郭晓阳^*; 邓存宝; 张兴华; 赵博; 王荀

来源：煤炭学报, 2023, 48(04): 1516-1526.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.0602

• 数字煤岩
• 煤孔裂隙
• Bi-PTI模型
• 空间结构
• 拓扑特征

在CT数字煤岩研究领域，灰度阈值选取直接影响空间结构重建的准确性。为使孔裂隙空间重构数据能更精准地表征真实结构，提升煤岩微细观渗流研究的可靠性，建立了CT数字煤岩孔隙率与灰度阈值的映射关系，采用灰度阈值分布规律定量分析了孔裂隙和基质骨架的发育特征；构建了识别孔裂隙结构的Biphasic Pore Threshold Inversion灰度阈值模型(Bi-PTI模型)，对不同变质煤CT扫描数据的孔裂隙最佳灰度阈值进行了数值反演，将模型计算获得的孔隙率与压汞测试值进行对比；基于最佳灰度阈值反演结果重建了孔裂隙空间结构，通过空间结构参数和拓扑结构参数与Otsu模型、MP-Otsu模型进行了对比分析。研究结果表明：CT数字煤岩孔隙率随灰度阈值的增加呈非对称S型分布，且具有指数增加-对数上升的分段特征；Bi-PTI模型能够较好地反映孔隙率与灰度阈值的映射关系，表征孔裂隙和基质骨架的发育特征；通过Otsu模型计算的孔隙率高达70%以上，MP-Otsu模型计算的孔隙率受矿物含量影响较大，而Bi-PTI模型在0.40%～16.22%，更接近压汞实测数据；Bi-PTI模型可以弥补因孔裂隙过度识别导致的空间重构缺陷，实现小尺度孔裂隙空间结构的精准识别；Otsu模型极易忽略部分孔隙拓扑结构，MP-Otsu模型对低矿物含量煤体的拓扑结构重建效果不佳，而Bi-PTI模型对缺陷位置拓扑特征具有较好的识别能力，能够真实还原孔裂隙拓扑体系的孔喉丰度和连通特性。

• 单位
  太原理工大学; 山西焦煤集团有限责任公司