三轴加载煤体品质因子与孔隙率实验

张凯; 李东会; 梁雁侠

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2019.10.013

天然气地球科学 >

2020 , Vol. 31 >Issue 8: 1092 - 1098

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2019.10.013

非常规天然气

三轴加载煤体品质因子与孔隙率实验

张凯 ^,¹^,² ,
李东会 ^,¹^,² ,
梁雁侠 ¹^,²

展开

^1. 河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作 454000
^2. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地，河南焦作 454000

李东会(1981-)，男，河南辉县人，博士，讲师，主要从事瓦斯防治、瓦斯地质瓦斯物探研究.E-mail：lidonghui@hpu.edu.cn.

张凯（1995-），男，山西长治人，硕士研究生，主要从事安全工程研究.E-mail：18434369453@163.com.

收稿日期: 2019-07-22

修回日期: 2019-10-22

网络出版日期: 2020-07-29

收起

Experimental study on coal quality factor and porosity under triaxial loading

Kai ZHANG ^,¹^,² ,
Dong-hui LI ^,¹^,² ,
Yan-xia LIANG ¹^,²

Expand

^1. College of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China
^2. State Key Laboratory Cultivation Base for Gas Geology and Gas Control, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China

Received date: 2019-07-22

Revised date: 2019-10-22

Online published: 2020-07-29

Supported by

The He’nan United National Natural Science Foundation of China(U1704129)

The Natural Science Foundation Projects of He’nan Province of China(182300410138)

The Postdoctoral funding program of He’nan Province of China(19030070)

Fold

本文亮点

煤的孔隙率是表征煤储层瓦斯富集程度的重要指标，对煤层气资源的开发至关重要。为了提高煤层气的开采和利用，且更好地研究煤储层的孔隙率。采用河南焦作古汉山矿原煤标准煤样，将煤样加工为平行于面割理、垂直于面割理和垂直于层理共3个方向，采用河南理工大学瓦斯地质研究所自制煤储层压裂模拟及物性特征实验系统，对每组煤样同步进行超声波特征和应力—应变测试实验，将所测得的品质因子、孔隙率和轴压进行两两拟合，并对其结果进行讨论。结果表明：在保持围压不变的情况下，煤样的孔隙率随轴压的增大呈线性趋势减小，并且不同方向的孔隙率压力影响系数表现出明显的各向异性；超声波在煤样中传播时，品质因子随轴压的增大而增大，且能量衰减有明显的层理效应；随着加载过程中轴压的增大，品质因子与孔隙率满足较好的线性关系，为利用纵波品质因子预测煤层的孔隙率提供了有效依据。

本文引用格式

张凯 , 李东会 , 梁雁侠 . 三轴加载煤体品质因子与孔隙率实验[J]. 天然气地球科学, 2020 , 31(8) : 1092 -1098 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2019.10.013

Highlights

The porosity of coal is an important index to indicate the degree of gas enrichment in coal reservoir and is very important to the development of coal bed methane resources. In order to improve the exploitation and utilization of coal bed methane and better study the porosity of coal reservoir, this article uses the Guhanshan mineral raw coal sample as standard coal, which was processed into three types: parallel to face cleat, perpendicular to the plane of cleat and perpendicular to the bedding three directions. Using coal reservoir fracturing simulation experiment and physical property simulation system made by the Institute of Gas Geology of Henan Polytechnic University, synchronous analysis of ultrasound characteristics and stress-strain test of each group of coal sample was performed. The measured quality factor, porosity and axial pressure are in dual fit and the results are discussed. The results show that the porosity of coal sample decreases linearly with the increase of axial pressure, and the influence coefficients of porosity pressure in different directions show obvious anisotropy. When the ultrasonic wave propagates in the coal sample, the quality factor increases with the increase of axial pressure, and the energy attenuation has obvious stratification effect. With the increase of axial pressure in the loading process, the quality factor and porosity satisfy a good linear relationship, which provides an effective basis for using longitudinal wave quality factor to predict the porosity of coal seam.

煤是一种特殊的多孔介质,其内部存在发育的孔隙、裂隙系统^[1]。煤层内的瓦斯处于“吸附—游离”平衡状态,随着近年来国内外对煤层气的开发，对煤储层的物性解释精度要求越来越高。然而，在煤层气的开采中，煤储层的孔隙率起着决定性作用，所以，若能更加准确预测煤储层的孔隙率，是提高煤层气开采和利用的关键。近年来，利用多孔介质超声波衰减特征研究介质物性参数已成为研究的热点。超声波在介质中传播会发生衰减，即能量随着传播距离的增加而减弱的现象。通过对超声波的衰减进行研究,可以了解煤体的微构造及变化，所以通过测量超声波的衰减了解煤体的物理状态显得很有意义^[2]。

在岩石储层中，学者们对声波的衰减和孔隙率的关系进行了大量研究^[3-5]。汪瑞良等^[6]通过实验发现，岩样纵波品质因子整体上随孔隙度的增大而减小, 但减小幅度具有分段性。钟羽云等^[7]以珊溪水库地震区为天然实验场，发现随着孔隙度的不断增大，孔隙介质的纵、横波品质因子降低。唐文渊^[8]对岩样的孔隙率和纵波品质因子进行多项式拟合，但拟合精度较差。然而在煤储层方面，王赟等^[9-10]通过实验发现，相比于原生结构煤，构造煤的品质因子大幅度降低；纵波品质因子存在各向异性，较速度各向异性更加明显。王云刚等^[11]利用数学计算方法，对不同变质程度煤样纵波品质因子的影响因素进行了半定量研究。目前，利用纵波品质因子预测煤层孔隙度^[12-15]方面的研究比较少且不够成熟，还需进一步拓展。基于此，本文以焦作古汉山矿原煤为例，分析了不同储层条件下纵波品质因子、孔隙率及轴压两两之间的关系，为利用纵波品质因子预测煤层孔隙率的方法提供依据。

1 实验概述

本文实验以焦作古汉山矿山西组二¹煤层15091采煤工作面原煤作为研究对象，严格按照GB/T482—2008《煤层煤样采取方法》进行采样。首先，将新鲜大块煤体从井下采出并装袋密封；其次，将煤体小心运至井上，并立即采取浸蜡固封的方法再次进行密封，以最大程度确保煤样的原有物性参数不被改变。

在煤的沉积过程中，层理是煤层中发育最广泛的构造,它的存在对超声波速有明显的影响^[16]。煤层中的割理是由许多复杂因素造成的，可分为互相大致垂直的2组，其中延伸长度大，且发育的一组叫面割理；被面割理横切的另一组叫端割理，如图1所示。出于本文实验要求，分别定义了3个方向即X、Y、Z方向，其中X方向是平行于面割理方向；Y方向是垂直于面割理方向；Z方向是垂直于层理方向。对采集的煤块进行观测，按照GB/T19222—2003《煤岩样品采取方法》钻取高度100 mm、直径50 mm的煤柱，钻取后的煤块如图2所示。所得煤柱需要通过精密岩心切磨机进行切割，同时将煤柱的上下2个端面打磨光滑，平整度要求小于0.02%，打磨的目的在于使超声波测试煤柱端面与换能器端面接触良好。

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图1 煤体割理系统^[17]

Fig.1 Coal cleat system diagram^[17]

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图2 经过钻取后的煤块^[17]

Fig.2 The coal after drilling^[17]

根据古汉山矿地应力分布以及实验条件，模拟不同埋深煤体储层实际受压情况。实验分为3组煤柱，每组煤柱均包含3个方向，每个方向3块煤样。对每块煤样进行三轴加载超声实验,结果取均值。实验所用超声频率为100 kHz。围压为1 MPa、3 MPa和5 MPa，在保持各种围压不变的情况下对煤样施加1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa、5 MPa、6 MPa、7 MPa、8 MPa、9 MPa、10 MPa的轴压。因轴压增加20 min后，煤体应力—应变变化不再明显，体积应变趋于稳定，因此在对各煤柱增加轴压时，轴压由低到高每次以1 MPa递增，加载速率为0.5 MPa/min，保压20 min，然后对煤柱进行纵波品质因子和孔隙率的测试。

本文实验所用仪器为河南理工大学瓦斯地质研究所自制煤储层压裂模拟及物性特征实验系统。为了探究煤体在三轴加载条件下的超声波响应特征，笔者对自制设备实验系统进行改进，实现煤体三轴加载条件下同步进行超声波特征及应力—应变测试实验，实验系统由三轴加载装置、超声测试系统、应力—应变测试装置构成。

品质因子（Q）是反映岩石微观性质的一个重要参数，是研究煤岩非弹性性质的一种重要方法。本文实验采用振幅衰减法^[18]来计算品质因子Q值，计算公式如下：

Q = - π f t L n A (x) A 0

(1)

式中：

Q

为品质因子,无量纲；

A 0

为未通过介质的子波振幅,m；

A (x)

为通过介质的透射波振幅,m；

x

为介质长度,m；

f

为主频,Hz；

t

为透射波初至时间,s。

煤体在应力作用下，从微观上分析是孔、裂隙发生了改变，从宏观上分析是孔隙率发生了变化。这里所说的孔隙率是指煤样内部所有孔隙及裂隙的体积之和与煤样总体积之比，即煤样的绝对孔隙率。因为在实验没有施加瓦斯压力的情况下，煤体在加载过程中，骨架体积变化量

Δ V S

很小，

Δ V S / V S 0

项可忽略，故孔隙率计算方法如式(2)：

φ = V P V T = V P 0 + Δ V P V T 0 + Δ V T = 1 - V S 0 1 + Δ V S / V S 0 V T 0 1 + Δ V T / V T 0 = 1 - 1 - φ 0 1 + ε ν 1 + Δ V S V S 0 = 1 - 1 - φ 0 1 + ε ν

(2)

式中:

V T

为煤体总体积；

V S

为煤体骨架体积；

V P

为煤体孔隙体积；

Δ V T

为煤体总体积变化；

Δ V S

为煤体骨架体积变化；

Δ V P

为煤体孔隙体积变化；

V T 0

为煤体初始总体积；

V S 0

为煤体初始骨架体积；

V P 0

为煤体初始孔隙体积；

φ

为孔隙率，%；

φ 0

为煤体初始孔隙率，%；

ε V

为体积应变。

实验所测得的储层条件下纵波品质因子和孔隙率的数值如表1所示。

**表1 三轴加载煤体纵波品质因子Q_P与孔隙率测试结果**

Table 1 Test results of longitudinal wave quality factor Q_P and porosity of coal under triaxial loading

编组	轴压/MPa	Q_P			孔隙率/%
编组	轴压/MPa	X	Y	Z	X	Y	Z
围压 1 MPa	1	14.161 9	10.772 9	7.290 3	4.729 546 209	4.704 530 719	4.721 871 732
	2	14.238 9	11.035 9	7.525 7	4.728 399 137	4.702 596 909	4.698 924 962
	3	14.326 4	11.037 1	7.674 5	4.728 099 979	4.699 379 788	4.680 646 715
	4	14.530 3	11.320 5	7.806 5	4.727 163 431	4.696 519 963	4.665 102 936
	5	14.595 8	11.470 2	7.892 6	4.726 581 866	4.693 044 528	4.650 985 717
	6	14.722 3	11.476 3	7.995 4	4.726 365 207	4.689 881 493	4.638 880 497
围压 3 MPa	3	15.640 5	12.413 1	8.952 3	4.684 532 44	4.655 837 211	4.622 952 234
	4	15.666 2	12.641 7	9.002 4	4.682 767 853	4.654 059 539	4.614 339 186
	5	15.744 1	12.958 6	9.095 9	4.680 345 349	4.652 499 655	4.603 965 483
	6	15.833 7	13.109 5	9.199 2	4.678 669 304	4.650 211 409	4.592 974 223
	7	15.820 1	13.432 2	9.305 4	4.676 900 304	4.647 227 43	4.579 735 724
	8	15.954 9	13.554 4	9.386 6	4.674 770 511	4.645 413 169	4.567 888 099
围压 5 MPa	5	16.027 8	13.775 1	9.696 9	4.639 343 628	4.623 210 804	4.552 847 753
	6	16.109 6	13.866 3	9.755 2	4.636 133 116	4.621 388 563	4.547 057 108
	7	16.259 5	14.003 1	9.875 6	4.634 549 258	4.618 637 787	4.537 485 761
	8	16.327 6	14.094 3	9.922 3	4.632 320 771	4.617 489 093	4.528 183 157
	9	16.428 7	14.094 3	10.015 6	4.630 074 804	4.614 807 713	4.517 409 599
	10	16.422 4	14.231 2	10.157 8	4.627 233 16	4.612 737 031	4.506 248 73
围压 7 MPa	7	16.433 9	14.185 6	10.157 3	4.593 801 627	4.589 822 506	4.493 026 41
	8	16.595 6	14.185 6	10.182 3	4.591 195 352	4.587 767 557	4.487 769 282
	9	16.788 4	14.322 4	10.290 2	4.588 920 12	4.585 778 837	4.481 202 397
	10	16.866 9	14.368	10.425 5	4.586 524 187	4.583 693 516	4.473 089 203
	11	17.111 2	14.589 2	10.486 3	4.582 623 204	4.581 213 412	4.464 164 535
	12	17.194 5	14.626 1	10.565 4	4.580 036 197	4.579 364 909	4.458 194 539

2 孔隙率随压力的变化规律

实验中，对各组煤样进行三轴加压的孔隙率数据显示，在保持围压不变的情况下，孔隙率随轴压的增大呈线性下降趋势，可表示为：

φ (P) = φ 0 - A' P

(3)

式中：

φ (P)

为轴压为P下的孔隙率，%；

φ 0

为轴压为零时的孔隙率的理论值，%；

A'

为孔隙率的压力影响系数，MPa^-1。为进行不同围压、不同方向的压力影响系数的对比，对式（3）中的

A'

进行归一化。

φ (P) = φ 0 (1 - A P)

(4)

式中：

A

为归一化后的孔隙度的压力影响系数，

A = A' / φ 0

，MPa^-1。如下图3（a）所示是对围压为1 MPa下的X、Y、Z 3个方向孔隙率随轴压的变化进行的线性拟合的结果，R ²为相关系数，可以看出孔隙率随轴压的增大表现出很好的线性下降趋势；图3（b）是围压为3 MPa、5 MPa、7 MPa时的X、Y、Z 3个方向孔隙率随轴压的变化情况。式（4）可以表示孔隙度随轴压的变化规律。将3种围压条件下煤样各个方向的孔隙率随轴压的变化按式（4）进行拟合，结果见表2。从表2中的数据可以看出，相同围压、不同方向的孔隙率压力影响系数

A

表现出明显的各向异性，围压相同的一组煤样的X、Y、Z 3个方向中，Z方向的孔隙率压力影响系数

A

远大于X、Y 2个方向，原因在于Z为垂直于煤样层理的方向，煤样在该方向的孔、裂隙明显多于其余2个方向，当对煤样施加一定压力时，Z方向的孔、裂隙便表现出更明显的闭合趋势。对于X、Y 2个方向而言，均为平行于层理方向，而面割理比端割理表现出更好的连续性，故Y

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图3 孔隙率随轴压的变化

Fig.3 changes of porosity with axial pressure

表2 煤样孔隙率与轴压按式（4）的拟合结果

Table 2 The fitting results of coal sample porosity and axial pressure according to equation (4)

围压/MPa	1			3			5			7
围压/MPa	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z
$φ 0$ /%	4.729 9	4.708 1	4.733 5	4.690 4	4.662 6	4.658 3	4.650 6	4.633 7	4.602 5	4.613 5	4.604 7	4.544 9
A/MPa^-1	0.000 13	0.000 63	0.003 47	0.000 4	0.000 45	0.002 38	0.000 5	0.000 45	0.002 06	0.000 61	0.000 46	0.001 58
$R$ ²	0.962 5	0.994 6	0.987 1	0.997 8	0.989 8	0.995 3	0.993 1	0.993 4	0.991 6	0.992 8	0.998 9	0.993 8

方向的孔隙率压力影响系数

A

略高于X方向。

3 品质因子随压力的变化规律

实验数据表明，煤样的纵波品质因子Q_P随轴压的增大呈线性增大趋势，可表示为：

Q (P) = Q 0 (1 + B P)

(5)

式中:

Q (P)

是轴压为P时的纵波品质因子；

Q 0

是轴压为0时的品质因子的理论值；

B

为归一化后的纵波品质因子的压力影响系数，MPa^-1。

如下图4（a）所示是对围压为1 MPa下的X、Y、Z 3个方向纵波品质因子随轴压的变化进行的线性拟合的结果，R ²为相关系数；图4（b）是围压为3 MPa、5 MPa、7 MPa时的X、Y、Z 3个方向纵波品质因子随轴压的变化趋势图，从图4中可以看出纵波品质因子随轴压的增大呈很好的线性增长趋势。煤作为一种多孔介质，当超声波在煤体中传播时，煤体中的孔隙、裂隙会对超声波进行扩散、散射和吸收，随着对煤样施加的轴向压力逐渐增大，煤样在该方向的孔隙、裂隙会逐渐缩小、闭合，故超声波传播过程中的衰减量就会减小，品质因子逐渐增大。式(5)可以表示煤样纵波品质因子随轴压的变化规律。将3种围压条件下煤样各个方向的纵波品质因子随轴压的变化按式（5）进行拟合，结果见表3，不难发现，煤样纵波品质因子与轴压有很好的拟合效果。对比表2可以发现，纵波品质因子的压力影响系数

B

远大于孔隙率的压力影响系数

A

，这表明，较孔隙率而言，压力对超声波品质因子的影响更显著，煤储层下的地应力条件对声波在煤层中的传播起到至关重要的作用。

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**图4 纵波品质因子Q_P随轴压的变化**

Fig.4 Changes of longitudinal wave quality factor Q_P with axial pressure

表3 煤样纵波品质因子与轴压按式（5）的拟合结果

Table 3 Fitting results of longitudinal wave quality factor of coal sample and axial pressure according to equation(5)

围压/MPa	1			3			5			7
围压/MPa	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z
Q ₀	14.022	10.675	7.221 7	15.443	11.725	8.656 7	15.62	13.356	9.232 7	15.358	13.441	9.513
B/MPa^-1	0.008 3	0.013 7	0.018 8	0.003 9	0.020 1	0.010 5	0.005 5	0.006 5	0.009 7	0.010 1	0.007 4	0.009 3
$R$ ²	0.980 6	0.933 7	0.966 8	0.937 3	0.988 4	0.991 5	0.945 1	0.959 5	0.979 9	0.986 2	0.932 1	0.976 4

4 品质因子与孔隙率的关系

根据实验所得数据，对纵波品质因子Q_P与孔隙率的变化进行线性拟合，拟合公式如下：

Q (φ) = Q 0 (1 - C φ)

(6)

式中：

Q (φ)

是孔隙率为

φ

时的纵波品质因子；

C

为归一化后的纵波品质因子的孔隙率影响系数。

在保持煤样所受围压不变的情况下，逐渐增大轴压，X、Y、Z 3个方向的纵波品质因子随孔隙率的变化均表现出较好的负线性相关性，图5（a）、图5（b）、图5（c）分别是X、Y、Z 3个方向纵波品质因子随孔隙率变化进行的线性拟合的结果，R ²为相关系数，可以看出纵波品质因子随孔隙率的增大呈线性下降趋势。超声波在煤体中传播时，随孔隙率的增大，衰减量也会变大，品质因子减小。式（6）可以表示煤样纵波品质因子随孔隙率的变化规律。将各种围压条件下煤样各个方向的纵波品质因子随孔隙率的变化按式（6）进行拟合，结果见表4。不难发现，不同围压、不同方向的纵波品质因子的孔隙率影响系数

C

值均维持在0.2左右，这表明，在一定的储层条件下，煤层的纵波品质因子可作为预测其孔隙率的有效依据。

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**图5 纵波品质因子Q_P随孔隙率的变化关系**

Fig.5 Relationship between longitudinal wave quality factor Q_P and porosity

表4 煤样纵波品质因子与孔隙率按式（6）的拟合结果

Table 4 Fitting results of longitudinal wave quality factor and porosity ofcoal sample according to equation(6)

围压/MPa	1			3			5			7
围压/MPa	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z	X	Y	Z
Q ₀	847.21	236.42	46.73	162.21	518.29	46.69	184.6	205	52.76	272.81	229.88	64.98
C	0.207 9	0.202 8	0.178 6	0.192 9	0.209 6	0.174 8	0.196 8	0.201 7	0.179 2	0.204 5	0.204 5	0.187 8
$R$ ²	0.945	0.909 5	0.994 4	0.945 8	0.976 6	0.996 9	0.915 7	0.949 6	0.988 2	0.986 5	0.944 5	0.982 9

5 结论

（1）在保持煤样围压不变的情况下，随着轴压的增大，煤样的孔隙率随轴压的增大呈线性趋势逐渐减小，从表2中的数据可以看出，相同围压、不同方向的孔隙率压力影响系数A表现出明显的各向异性，围压相同的一组煤样的X、Y、Z 3个方向中，Z方向的孔隙率压力影响系数远大于X、Y 2个方向，原因在于Z为垂直于层理的方向，煤样在层理方向上表现出更为明显的不连续性，当对煤样施加相同的轴压时，煤样在Z方向上的压缩变形量更为显著。而平行于层理的X、Y 2个方向而言，孔隙率压力影响系数A大致相等。因此我们在进行煤层气抽采时可尽量选择X和Y 2个方向抽采。

（2）在保持煤样围压不变的情况下，随着轴压的增大，煤样的纵波品质因子随轴压的增大呈线性趋势逐渐增大。Z方向的纵波品质因子始终小于其余2个方向，表明煤岩中超声波的衰减有明显的层理效应；并且纵波品质因子的压力影响系数远大于孔隙率的压力影响系数，这表明，较孔隙率而言，压力对声波品质因子的影响更显著，煤储层下的地应力条件对声波在煤层中的传播起着至关重要的作用。

（3）在保持煤样围压不变的情况下，随着轴压的增大，纵波在煤样中传播的品质因子随孔隙率的减小而逐渐增大，两者满足线性关系，拟合度较高，衰减量随孔隙率的减小而减小。此外，纵波品质因子的孔隙率影响系数C值大致相同，这表明，在一定的储层条件下，煤层的纵波品质因子可作为预测其孔隙率的有效依据。

参考文献

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1	戴林超,聂百胜.煤粒的微观孔隙结构特征实验研究[J]. 矿业安全与环保, 2013, 40(4): 4-7. DAI L C, NIE B S. Experimental research on structural characteristics of microscopic pores of coal particles[J]. Mining Sa-fety & Environmental Protection, 2013, 40(4): 4-7.

2	CRAMPIN S, CHASTIN S, GAO Y. Shear-wave splitting in a critical crust: III Preliminary report of multi-variable measurements in active tectonics[J]. Journal of Applied Geophysics， 2003, 54(3-4): 265-277.

3	安勇,牟永光, 方朝亮. 沉积岩的速度衰减与岩石物理性质间的关系[J].石油地球物理勘探,2006,41(2):188-192, 248,17. AN Y, MU Y G, FANG C L. Relationship between velocity and decay of sedimentary rocks and physical properties of rocks[J].Oil Geophysical Prospecting,2006,41(2):188-192, 248,17.

4	郝召兵, 秦静欣, 伍向阳. 地震波品质因子Q研究进展综述[J].地球物理学进展, 2009, 24(2): 375-381. HAO Z B, QIN J X, WU X Y. Overview of research on the seismic wave quality factor (Q) [J]. Progress in Geophysics, 2009, 24(2): 375-381.

5	李生杰. 孔隙介质超声波衰减实验与分析[J]. 湖南理工学院学报:自然科学版, 2011, 24(3): 70-72, 78. LI S J. Experiment on ultrasonic attenuation in porous media[J]. Journal of Hunan Institute of Science and Technology:Natural Sciences, 2011, 24(3): 70-72, 78.

6	汪瑞良, 曾驿, 刘军，等. 珠江口盆地东部碳酸盐岩品质因子测试与分析[J]. 中国海上油气, 2011, 23(2): 81-84. WANG R L, ZENG Y, LIU J. Testing and analyzing quality factors of carbonate rocks in the eastern Pearl River Mouth Basin[J]. China Offshore Oil and Gas, 2011, 23(2): 81-84.

7	钟羽云, 马起杨. 地震波衰减品质因子Q值与岩石孔隙度关系[J]. 国际地震动态, 2018(8): 130-131. ZHONG Y Y, MA Q Y. Relationship between seismic wave attenuation quality factor Q and rock porosity[J]. Recent Developments in World Seismology, 2018(8): 130-131.

8	唐文渊. 非常规储层的黏弹性参数测试及定量化分析研究[D]. 成都:成都理工大学, 2018. TANG W Y. Measurement and Quantitative Analysis of Viscoelastic Parameters of Unconventional Reservoirs[D]. Chengdu:Chengdu University of Technology, 2018.

9	王赟,许小凯,杨德义.常温压条件下五种变质程度构造煤的超声弹性特征[J].中国科学:地球科学,2014,44(11):2431-2439. WANG Y, XU X K, YANG D Y. Ultrasonic elastic characteristics of five kinds of metamorphic deformed coals under room temperature and pressure conditions[J]. Science China: Earth Sciences, 2014, 44(11): 2431-2439.

10	王赟, 许小凯, 张玉贵. 常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征[J]. 地球物理学报, 2016, 59(7): 2726-2738. WANG Y, XU X K, ZHANG Y G. Ultrasonic elastic characteristics of six kinds of metamorphic coals in China under room temperature and pressure conditions[J].Chinese Journal of Geo-physics, 2016, 59(7): 2726-2738.

11	王云刚, 李满贵, 李盟, 等. 构造煤超声波参数影响因素的分析[J]. 中国安全生产科学技术, 2014, 10(7): 82-86. WANG Y G, LI M G, LI M. Analysis on influence factors of ultrasonic parameters for tectonic coal[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2014, 10(7): 82-86.

12	李满贵. 受载煤体超声波动力学特征研究[D]. 焦作:河南理工大学, 2015. LI M G. Study on Dynamics Features of Ultrasonic Velocities in Loading Coal[D].Jiaozuo:Henan Polytechnic University, 2015.

13	赵宇, 张玉贵, 周俊义. 单轴加载条件下煤岩超声各向异性特征实验[J]. 物探与化探, 2017, 41(2): 306-310. ZHAO Y, ZHANG Y G, ZHOU J Y. An experimental study of ultrasonic anisotropy of coal under uniaxial loading[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017, 41(2): 306-310.

14	许小凯, 王赟, 孟召平. 六种不同煤阶煤的品质因子特征[J]. 地球物理学报, 2014, 57(2): 644-650. XU X K, WANG Y, MENG Z P. Quality factor characteristics of six metamorphic kinds of coals[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2014, 57(2): 644-650.

15	张平松, 刘盛东, 赵秋芳, 等. 淮南矿区煤层衰减特征及品质因子分析[J]. 煤炭科学技术, 2006,34(5): 83-85. ZHANG P S, LIU S D, ZHAO Q F, et al. Factor analysis on seam reduced features and quality in Huainan Mining area[J]. Coal Science and Technology, 2006,34(5): 83-85.

16	徐晓炼, 张茹, 戴峰, 等. 煤岩特性对超声波速影响的试验研究[J]. 煤炭学报, 2015, 40(4): 793-800. XU X L, ZHANG R, DAI F, et al. Effect of coal and rock characteristics on ultrasonic velocity[J]. Journal of China Coal Society, 2015, 40(4): 793-800.

17	陈卓. 加载过程煤体应力—应变超声响应特征[D]. 焦作：河南理工大学, 2018. CHEN Z. Study on Coal Body Deformation and Ultrasonic Response at Load of Three Axis Stress[D]. Jiaozuo:Henan Polytechnic University, 2018.

18	张建利, 王赟, 张玉贵. 横波偏振方法在煤样超声测量实验中的应用[J]. 煤炭学报, 2013, 38(7): 1220-1226. ZHANG J L, WANG Y, ZHANG Y G. Application of shear wave polarization method in ultrasonic measurement of coal samples[J]. Journal of China Coal Society, 2013, 38(7): 1220-1226.

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Highlights

1 实验概述

图1 煤体割理系统[17]

图2 经过钻取后的煤块[17]

表1 三轴加载煤体纵波品质因子QP与孔隙率测试结果

2 孔隙率随压力的变化规律

图3 孔隙率随轴压的变化

表2 煤样孔隙率与轴压按式（4）的拟合结果

3 品质因子随压力的变化规律

图4 纵波品质因子QP随轴压的变化

表3 煤样纵波品质因子与轴压按式（5）的拟合结果

4 品质因子与孔隙率的关系

图5 纵波品质因子QP随孔隙率的变化关系

表4 煤样纵波品质因子与孔隙率按式（6）的拟合结果

5 结论

参考文献

图1 煤体割理系统^[17]

图2 经过钻取后的煤块^[17]

**表1 三轴加载煤体纵波品质因子Q_P与孔隙率测试结果**

**图4 纵波品质因子Q_P随轴压的变化**

**图5 纵波品质因子Q_P随孔隙率的变化关系**