高压电脉冲致裂煤岩增透技术研究进展与展望

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作者 蒋长宝 吴家耀 +1 位作者 闫发志 彭守建 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期51-63,共13页

我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该... 我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该技术的致裂增透机制,并围绕放电参数、煤岩电学特性、煤岩矿物分布及孔裂隙特征、赋存条件4个方面系统梳理了高压电脉冲煤岩致裂增透理论的研究进展。研究表明:2015年以来,高压电脉冲技术研究热度显著上升,其典型作用机制包括液电效应和电破碎效应;高压电脉冲击穿煤岩过程可分为电场加载、极化、击穿和稳定4个阶段,煤岩孔隙结构在应力波作用下经历了扩孔、破裂、贯穿和扩展裂隙的演化模式,从而提高了渗透性;放电参数决定裂隙网络的优化程度,煤岩电学特性影响击穿难度与能量传递,矿物分布及孔裂隙特征控制等离子体通道的形成与裂纹扩展,地应力与气体压力的耦合作用则共同调控煤岩裂隙演化与渗透性变化。基于上述分析,指出了该领域发展存在的主要问题,包括信息获取困难、致裂增透机制尚不明确及击穿场强较高等,展望“十五五”乃至更长时期,认为该领域未来发展的着力点在于:①发展高压电脉冲致裂煤岩的实时监测技术;②构建高精度的热流固化电多物理场耦合模型;③探索高压电脉冲协同多技术致裂煤岩增透。以期突破现有瓶颈,推动该技术的进一步发展。 展开更多

关键词 高压电脉冲 电破碎效应 煤层增透 储层改造 煤层气开采

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天然裂缝对水力压裂煤的起裂及扩展试验研究 被引量：3

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作者 蒋长宝 杨毅毫 +3 位作者 刘辉辉 郭建泉 付银兰 吴家耀 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期92-101,共10页

水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作... 水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作用下的起裂和扩展规律,利用自主研发的多功能真三轴流固耦合试验系统开展了煤的水力压裂试验。基于“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”理论研究了水力压裂煤的裂缝起裂规律,并结合断裂力学从细观角度揭示了水力压裂煤的裂缝扩展机制。研究结果表明:天然裂缝的存在会诱导水力裂缝沿着天然裂缝方向扩展,极大降低了煤岩的起裂压力。不含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力与根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力结果相近,符合“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”准则;含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力均小于根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力,且当天然裂缝方向垂直于最小主应力方向时,所需的起裂压力较小,为3.355 MPa;当天然裂缝平行于最小主应力时,所需的起裂压力仅大于最小主应力,为7.902 MPa。水力裂缝类型为I型时,不含明显天然裂缝煤岩的实测最小和最大扩展压力值均大于理论计算最小和最大扩展压力值,差值范围分别为2.043~6.845 MPa和3.951~8.576 MPa;当煤岩含明显天然裂缝且天然裂缝方向平行于X方向时,水平应力差的存在将引起煤岩的实测扩展压力值小于理论计算的扩展压力值。水力裂缝类型为Ⅱ型或I-Ⅱ型时,随着水力裂缝长度的增加,裂缝扩展所需压力逐渐减小。 展开更多

关键词 天然裂缝 地应力 水力压裂 裂缝扩展 纳米压痕

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基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究 被引量：4

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作者 刘奇 刘相林 +2 位作者 曹广勇 赵金海 蒋长宝 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期63-73,共11页

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度... 为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。 展开更多

关键词 采动覆岩 光频域反射 回转角度 光纤应变 采动“三带”

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裂隙发育过程对采动裂隙椭抛带压实区的影响研究 被引量：2

4

作者 刘奇 笪雨欣 +3 位作者 曹广勇 李青海 赵金海 蒋长宝 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期25-35,共11页

采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进... 采空区瓦斯抽采的关键是了解工作面上覆岩层裂隙的演化过程。为了研究综采工作面覆岩采动压实区演化规律,高效进行煤矿采空区瓦斯抽采工作,以神东某矿区2207工作面为原型,通过物理相似模拟实验,利用自主研发的覆岩裂隙监测系统将图像进行直方图均衡化增强和中值滤波去噪处理,获得二值化裂隙图像后利用分形理论定量描述裂隙率,对典型周期来压覆岩垮落裂隙率进行统计分析,建立了裂隙发育程度受工作面推进时间的时空函数和采动裂隙椭抛带压实区演变修正模型。结果表明:覆岩平均裂隙率变化符合DoseResp函数关系,裂隙的发育过程包括产生、扩展蔓延、压实闭合3个阶段,裂隙在产生、闭合这2个阶段发育速率较平缓,而在扩展阶段发育速率陡增。采空区上覆岩层裂隙场形成旧裂隙区、压实区和新裂隙区3个区域,裂隙发育周期的不同导致旧裂隙区与新裂隙区在发育状态、压实程度和空间形态上有着明显差异,这些差异导致了采空区覆岩非对称性下沉现象的发生。通过分析覆岩应力恢复与覆岩内部裂隙演变关系,进一步验证了采用DoseResp时间函数曲线可以很好的表现采空区上覆岩层裂隙异速演变特征。最后建立了考虑覆岩裂隙异速演变效应的采动裂隙椭抛带压实区修正模型,并结合现场工程实践,有效提高瓦斯抽取高位钻孔布置的准确性,为工作面的安全开采提供理论指导。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 裂隙发育过程 覆岩压实区 物理相似模拟

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强突煤层群非连续开采应力叠加特征与瓦斯分区精准防治 被引量：2

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作者 王亮 郑思文 +2 位作者 陆壮 蒋长宝 刘超 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期934-945,共12页

随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近... 随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近层非连续回采后遗留煤柱形成的工作面叠加应力分布状态,通过理论分析获得应力集中区渗透率分布特征,基于此提出了“灾害分区,精准防治”关键技术。研究结果表明:Ⅱ944工作面应力分布呈现非连续时空分区分布状态,上下邻近层先后回采留设煤柱的时空顺序发生变化时,会导致中间煤层的低应力集中区转变为强显现的应力集中区、卸压区转变为应力集中区,因此,可将这些区域划分为卸压区、局部卸压区和应力集中区。应力集中区的最大垂直应力达到102MPa,渗透率大幅降低。瓦斯治理前最大煤层瓦斯压力3MPa、最大瓦斯含量16.72m^(3)/t。依据应力分布、渗透率及瓦斯赋存特征,制定了针对性的分区精准瓦斯治理技术,形成保护层卸压-水力造穴-网格式预抽协同治理的工作面瓦斯精准治理模式;局部卸压区域通过网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.18MPa,瓦斯含量降低至2.45m^(3)/t。应力集中区域通过水力造穴及网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.15MPa,瓦斯含量降低至2.50m^(3)/t。整个回采期间未发生瓦斯超限事故,实现了非连续开采诱致叠加应力分布下的安全高效开采。上述研究对指导突出煤层群复杂工程条件的瓦斯精准治理工作具有重要意义。 展开更多

关键词 煤层群 应力集中 瓦斯抽采 瓦斯分区治理 煤与瓦斯突出

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中间主应力系数对页岩气渗流特性及气体滑脱效应的影响

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作者 范翔宇 张昕宇 +4 位作者 胡小媛 蒋长宝 张千贵 赵鹏斐 陈昱霏 《天然气勘探与开发》 2024年第2期97-103,共7页

页岩气的渗流特性极大地影响着采收率,但对页岩气渗流特性的研究大多是在不同围压条件下开展的,其结果尚不能揭示中间主应力对渗透率的影响。因此,选用涪陵页岩气区块志留系龙马溪组页岩露头立方体岩石试件,采用自主研发的“多功能真三... 页岩气的渗流特性极大地影响着采收率,但对页岩气渗流特性的研究大多是在不同围压条件下开展的,其结果尚不能揭示中间主应力对渗透率的影响。因此,选用涪陵页岩气区块志留系龙马溪组页岩露头立方体岩石试件,采用自主研发的“多功能真三轴流固耦合试验系统”开展了页岩真三轴流固耦合试验,利用Klinkenberg方程拟合试验数据分析不同中间主应力系数对页岩气渗流特性和气体滑脱效应的影响。试验结果表明:①当偏应力较小时,中间主应力对页岩渗透率演化的影响较小,而当偏应力增加时,其影响越大且越不可忽略;②滑脱系数—固有渗透率的关系式与试验数据的拟合结果显示二者具有良好的相关性,可用于对同区块页岩滑脱系数的预测;③当偏应力小于或等于35 MPa时,滑脱效应贡献率保持在65%以上,表明此时滑脱效应主导着页岩中气体的渗流。 展开更多

关键词 中间主应力系数 页岩气渗流特性 真三轴 滑脱效应贡献率 偏应力

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含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验 被引量：64

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作者 蒋长宝 尹光志 +1 位作者 黄启翔 司焕儒 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期802-807,共6页

运用自制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,进行了含瓦斯煤岩卸围压瓦斯渗流试验,研究其卸围压过程中的变形和瓦斯渗流特性。研究结果表明,卸围压试验煤样破坏形式是以剪切破坏为主的张剪复合破坏。卸围压过程中,含瓦斯煤岩围... 运用自制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,进行了含瓦斯煤岩卸围压瓦斯渗流试验,研究其卸围压过程中的变形和瓦斯渗流特性。研究结果表明,卸围压试验煤样破坏形式是以剪切破坏为主的张剪复合破坏。卸围压过程中,含瓦斯煤岩围压-应变曲线可以分为3个阶段:屈服前阶段、屈服后阶段、破坏失稳阶段。渗透率-应变曲线与围压-应变曲线呈现出明显的对应关系,表明围压对煤岩的变形和渗透率有重大影响,煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关。卸围压后,含瓦斯煤岩的泊松比立即转为向变大的方向发展,变形模量立即转为向变小的方向发展,并在卸围压过程中发展的趋势保持不变。 展开更多

关键词 瓦斯 煤岩 卸围压 渗透率 应变 岩石力学

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含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验 被引量：37

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作者 蒋长宝 黄滚 黄启翔 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2039-2042,共4页

以重庆松藻煤电有限责任公司的典型煤与瓦斯突出矿井——打通一矿7号煤层为研究对象,利用自行研制的"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置",进行了不同初始围压和不同瓦斯压力组合条件下,含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及... 以重庆松藻煤电有限责任公司的典型煤与瓦斯突出矿井——打通一矿7号煤层为研究对象,利用自行研制的"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置",进行了不同初始围压和不同瓦斯压力组合条件下,含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验研究。研究结果表明:开始卸围压后,煤岩并不是立即被破坏失稳,而是维持在σ1u一段时间,经历n级卸围压作用后才会失稳;在煤样失稳前,每一级卸围压过程中煤样的变形和渗透率变化速度都是不一样的,均呈加速增大的趋势;在每一级围压恒定阶段,随着围压的降低,煤岩的蠕变速度和渗透率也均是加速增大的;卸围压阶段比围压恒定阶段变形和渗透率增大速度快得多;无论是卸围压过程还是恒定围压阶段,围压降低引起的横向变形的变化速度均大于轴向变形的变化速度。 展开更多

关键词 瓦斯 卸围压 渗透率 蠕变

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不同含水状态下含瓦斯原煤加卸载试验研究 被引量：26

9

作者 蒋长宝 段敏克 +2 位作者 尹光志 吴贵平 俞欢 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2230-2237,共8页

以南川宏能煤业(原半溪矿)矿井西翼K1煤层为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,进行了不同含水状态下的含瓦斯煤加卸载试验研究。研究结果表明:(1)随含水率增加,加卸载煤样的承载强度、残余强度、变形模... 以南川宏能煤业(原半溪矿)矿井西翼K1煤层为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,进行了不同含水状态下的含瓦斯煤加卸载试验研究。研究结果表明:(1)随含水率增加,加卸载煤样的承载强度、残余强度、变形模量都呈现降低趋势,而轴向应变、径向应变、体积应变及侧向膨胀率均呈增加趋势。(2)加卸载过程中煤样甲烷有效渗透率变化与煤样损伤变形演化相对应,但存在明显的滞后现象;煤样破坏前,含水率越高,甲烷有效渗透率越小;煤样破坏后,含水率越高,甲烷有效渗透率反而越大。(3)随含水率增加,加卸载煤样破坏程度增大,裂隙发育增多,形变量增大,煤样加卸载过程中的总能量和耗散能也增加,而弹性能却减小。 展开更多

关键词 含瓦斯煤 含水率 加卸载 甲烷有效渗透率 耗散能

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酸化作用前后煤样吸附甲烷特性研究 被引量：6

10

作者 蒋长宝 林骏 +1 位作者 王亮 刘超生 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第9期163-169,共7页

为了研究酸化前后煤样的吸附特性,以宜宾白胶煤矿煤为研究对象,通过研磨筛选部分煤粒进行酸化脱灰处理,对煤孔隙进行了表征,并进行了等温吸附试验,探究储层温度下甲烷吸附特性。试验结果表明:酸化脱灰后,煤样比表面积、孔体积增加;由于... 为了研究酸化前后煤样的吸附特性,以宜宾白胶煤矿煤为研究对象,通过研磨筛选部分煤粒进行酸化脱灰处理,对煤孔隙进行了表征,并进行了等温吸附试验,探究储层温度下甲烷吸附特性。试验结果表明:酸化脱灰后,煤样比表面积、孔体积增加;由于酸化处理,使得煤样内部的矿物或杂质被移除,孔径增大,孔的面积以及孔的数量增多,等温吸附试验中,酸化处理煤样YB2的平衡时吸附量明显大于没有经过处理的YB1煤样;运用吸附势理论探究得到在一定的储层温度下孔隙结构的改变对煤吸附瓦斯有较大的影响。 展开更多

关键词 煤粒 酸化 吸附等温曲线 脱灰 吸附势理论

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饱水和天然状态下页岩滞后效应及阻尼特性研究 被引量：5

11

作者 蒋长宝 魏财 +3 位作者 段敏克 陈昱霏 余塘 李政科 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1799-1808,共10页

运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明:随循环次数增加,累积残余应变... 运用RLW-2000型微机伺服岩石三轴试验机,对饱水状态和天然状态页岩在不同围压下进行三轴循环加卸载试验,分析了两种含水状态页岩的力学特性和滞后效应,并基于能量原理讨论了阻尼比演化规律。试验结果表明:随循环次数增加,累积残余应变逐渐增加,相对残余应变先降低,后趋于稳定区域,直至破坏前急剧增加;饱水页岩的加卸载变形模量均比天然页岩小,加载变形模量整体比卸载变形模量小;在加载和卸载阶段,均出现应变始终滞后于应力的现象;饱水页岩的滞后效应比天然页岩更明显。提出了考虑滞后效应的能量计算方法,较以往能量计算的误差更小。最后基于能量原理对阻尼比的计算公式进行修正,发现饱水页岩的阻尼比比天然页岩大。阻尼比的变化较好地反映了页岩损伤机制,可作为预判页岩失稳破坏的重要指标。 展开更多

关键词 页岩 力学特性 滞后效应 能量 阻尼比

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加卸载应力作用下煤岩渗透率演化模型研究 被引量：4

12

作者 蒋长宝 余塘 +3 位作者 魏文辉 段敏克 杨阳 魏财 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期13-22,共10页

为研究开采过程中煤岩力学行为及渗透率演化规律,运用含瓦斯煤热-流-固耦合渗流伺服试验系统,进行了不同加卸载条件下原煤力学及渗流试验,分析了加卸载应力作用对煤岩变形及渗流规律的影响,得到了剪胀角随塑性剪切应变的变化关系,发现... 为研究开采过程中煤岩力学行为及渗透率演化规律,运用含瓦斯煤热-流-固耦合渗流伺服试验系统,进行了不同加卸载条件下原煤力学及渗流试验,分析了加卸载应力作用对煤岩变形及渗流规律的影响,得到了剪胀角随塑性剪切应变的变化关系,发现了塑性剪切应变在1.6%左右会出现剪胀角急剧变化的现象。根据试验现象和结果,考虑煤岩结构对渗透率的影响,对煤岩在弹性阶段和屈服损伤后的结构进行简化,基于火柴棍模型及渗流理论分析,从应变的角度出发,探讨了加卸载应力对煤岩渗透率的影响,建立了两个不同阶段的渗透率模型(即弹性阶段和损伤阶段),基于不同阶段的渗透率模型和剪胀角规律,构建了煤岩全过程渗透率模型。所构建的渗透率模型与试验结果对比吻合效果较好,验证了该模型的适用性,可以为实现煤与瓦斯共采提供一定的理论依据。 展开更多

关键词 原煤 剪胀角 加卸载 渗透率模型

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瓦斯压力和应力对裂隙影响下的渗透率模型研究 被引量：12

13

作者 蒋长宝 余塘 +1 位作者 段敏克 殷文明 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期115-121,共7页

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了... 煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率理论模型,并结合前人的试验数据,对建立的基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率模型进行了对比验证。研究结果表明:①将煤体的结构单元体简化为立方体模型,分别分析了瓦斯压力引起的裂隙变形与煤体基质吸附变形引起的裂隙变形对煤体渗透率的影响;基于煤岩裂隙宽度与渗透率的关系,推导了瓦斯压力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。②侧向应力对裂隙变形的影响与煤体吸附所引起的内膨胀变形相似,均通过改变煤体骨架向裂隙内部膨胀来影响煤体裂隙的变形;通过试验数据验证了侧向应力和法向应力对煤体渗透率的影响机理相同,构建了三向应力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。③结合前人的试验数据,进行了全局优化非线性拟合,与基于有效应力的模型相比,所构建的模型与试验数据吻合度较好,验证了所建立模型的可靠性,并发现裂隙对法向应力的敏感性远大于侧向应力。 展开更多

关键词 煤岩 瓦斯 三向应力 裂隙 渗透率模型

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水力压裂煤裂隙网络表征与造缝性能评估试验研究 被引量：4

14

作者 蒋长宝 付银兰 王光淇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期62-71,共10页

煤裂隙网络的准确表征可以有效评估深部煤层经水力压裂后的压裂效果,为了定量评估煤层经水力压裂后的复杂程度,利用自制的真三轴试验系统进行了煤的水力压裂试验,结合CT扫描,重建了具有拓扑结构的孔裂隙网络,用分形理论和拓扑学定量表... 煤裂隙网络的准确表征可以有效评估深部煤层经水力压裂后的压裂效果,为了定量评估煤层经水力压裂后的复杂程度,利用自制的真三轴试验系统进行了煤的水力压裂试验,结合CT扫描,重建了具有拓扑结构的孔裂隙网络,用分形理论和拓扑学定量表征了断裂网络的复杂程度。探究了在真三轴应力条件下,中间主应力对裂缝网络复杂程度的影响。结果表明:压裂后煤样的二维分形维数变化率K为1.03%~7.10%,三维分形维数的变化率为3.50%~9.18%,经过水力压裂后煤样的二维和三维分形维数均显著增大。基于分形理论和拓扑学的方法能有效表征水力压裂的裂缝结构和造缝能力。压裂后煤样的二维拓扑参数为1.18~1.52,与压裂前后煤样的二维分形维数变化率呈正相关关系,二维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大逐渐减小。重构的内部结构和裂缝分布表明,压裂后的三维分形维数比二维分形维数更具优势,压裂后煤样的三维拓扑参数为1.82~1.93,随着三维分形维数变化率的增加而增大,三维分形维数变化率的增加速率随着拓扑参数的增大而增大。中间主应力对煤层的造缝能力存在积极影响。水力压裂前后的分形维数和拓扑参数都随着中间主应力的增大而增大,即随着中间主应力的增大而增大,产生的裂缝网络更复杂,连通性更好,水力压裂的造缝能力更强。 展开更多

关键词 煤裂隙 水力压裂 裂隙发育 分形理论 拓扑结构 裂隙网络

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应力-应变-渗流耦合条件下煤岩渗流特性及其可视化研究 被引量：5

15

作者 蒋长宝 魏文辉 +1 位作者 刘晓冬 吴家耀 《矿业安全与环保》 北大核心 2022年第5期59-63,72,共6页

煤岩渗透性决定了瓦斯流动的难易程度,而煤岩的力学特性也在一定程度上影响着煤岩的渗透性。为深入探究不同应力—应变状态下煤岩的渗流特性变化,开展了煤岩渗流试验,并结合CT扫描对煤样孔裂隙结构进行三维重构,从煤岩孔裂隙受应力—应... 煤岩渗透性决定了瓦斯流动的难易程度,而煤岩的力学特性也在一定程度上影响着煤岩的渗透性。为深入探究不同应力—应变状态下煤岩的渗流特性变化,开展了煤岩渗流试验,并结合CT扫描对煤样孔裂隙结构进行三维重构,从煤岩孔裂隙受应力—应变影响而变化的角度分析煤岩渗透特性演化规律,同时应用Avizo软件对破碎后的煤样进行可视化气体流动及渗透率值的模拟。研究结果表明:煤岩渗透率随着轴向应力—应变的增加而呈现“V”形变化,并且渗透率的变化与煤岩内部孔隙变化具有明显的相关性;通过CT扫描得到的煤样渗透率值与试验所得的渗透率值基本一致。研究结果可为相似条件下煤岩渗透性及可视化研究提供参考。 展开更多

关键词 受载破裂煤体 渗透率 孔裂隙结构 CT扫描 三维重构 气体流动模拟

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冻融循环下页岩孔裂隙和渗透率演化特征研究

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作者 蒋长宝 李琳 +1 位作者 殷文明 李佰城 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期18-26,共9页

页岩气储层具有超低渗特性,液氮(LN_(2))致裂作为一种很有前景的储层增透技术备受关注。以四川南部龙马溪组页岩为研究对象,研究了含水页岩岩芯在受低温流体——液氮冻融循环下的物理响应。针对含水状态下的页岩进行LN_(2)冻融循环处理... 页岩气储层具有超低渗特性,液氮(LN_(2))致裂作为一种很有前景的储层增透技术备受关注。以四川南部龙马溪组页岩为研究对象,研究了含水页岩岩芯在受低温流体——液氮冻融循环下的物理响应。针对含水状态下的页岩进行LN_(2)冻融循环处理,运用扫描电子显微镜(SEM)对LN_(2)冻融循环前后的页岩样品进行微观孔裂隙结构的定点观察,采用数字图像处理技术和分形理论对同一位置的孔隙变化进行了定量化分析,测试了孔隙度和渗透率,运用计算机断层扫描(CT)展示了页岩样品随LN_(2)冻融循环的宏观断裂破坏过程,探讨了液氮冻融的致裂机理。结果表明,液氮冻融循环处理可以有效促进孔隙、裂隙的萌生和扩展。液氮冻融时页岩在热应力和冻胀力的作用下产生新裂纹,随冻融循环次数的增多页岩孔裂隙稳定发展,冻融循环下页岩孔隙度累积增长幅度为54.6%,渗透率的提高非常显著(高达3个数量级)。 展开更多

关键词 页岩 液氮冻融循环 孔隙结构 渗透率 分形理论

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大断面特长公路隧道开挖仿真分析与监控量测

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作者 蒋长宝 司焕儒 《现代矿业》 CAS 2009年第2期130-132,共3页

以渝湘高速公路白马隧道为依托,用有限元计算软件ANSYS对隧道开挖力学进行数值模拟,分析开挖后隧道的位移场、应力场,判断隧道的开挖和支护方式是否合适。同时,在隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析了围岩的位移、应力状态随... 以渝湘高速公路白马隧道为依托,用有限元计算软件ANSYS对隧道开挖力学进行数值模拟,分析开挖后隧道的位移场、应力场,判断隧道的开挖和支护方式是否合适。同时,在隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析了围岩的位移、应力状态随时间的变化规律。为隧道施工过程中支护方式和支护时间的选取提供合理依据,可以弥补过去单纯用数值模拟所带来的不足(比如岩石中节理的变化在数值模拟中很难描述精确),提高了安全可靠性。 展开更多

关键词 隧道 围岩 有限元 监控量测

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突出煤和非突出煤全应力-应变瓦斯渗流试验研究 被引量：30

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作者 尹光志 蒋长宝 +2 位作者 李晓泉 王维忠 蔡波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1613-1619,共7页

以突出煤和非突出煤的型煤为研究对象,设计两种型煤全应力-应变瓦斯渗流试验方案,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验系统,对比研究了两种型煤全应力-应变瓦斯渗流规律。结果表明,在应力-应变全过程中突出煤和非突出煤的煤样变... 以突出煤和非突出煤的型煤为研究对象,设计两种型煤全应力-应变瓦斯渗流试验方案,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验系统,对比研究了两种型煤全应力-应变瓦斯渗流规律。结果表明,在应力-应变全过程中突出煤和非突出煤的煤样变形和瓦斯流量变化规律基本一致,即两种型煤在应力-应变全过程中瓦斯流量与煤样损伤变形的进程密切相关;瓦斯流量随着煤样的体积压缩而变小,且在煤样体积被压缩至最小时瓦斯流量降为最低值,煤样开始扩容后瓦斯流量转为增大;瓦斯流量随围压的增大而减小,且围压越大,瓦斯流量随应变变化的幅度越小。煤性对煤层瓦斯渗透性有明显影响,其渗透性可作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。 展开更多

关键词 岩石力学 采矿工程 渗流 全应力-应变 型煤 瓦斯

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加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律 被引量：60

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作者 尹光志 李文璞 +3 位作者 李铭辉 李星 邓博知 蒋长宝 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1497-1503,共7页

为研究采动过程中有效应力的变化对渗透率的动态演化的影响,基于自行研制的"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",进行了单调加载和不同初始应力状态加卸载条件下原煤渗流特性的试验研究。考虑瓦斯力学作用和瓦斯吸附作... 为研究采动过程中有效应力的变化对渗透率的动态演化的影响,基于自行研制的"含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置",进行了单调加载和不同初始应力状态加卸载条件下原煤渗流特性的试验研究。考虑瓦斯力学作用和瓦斯吸附作用两个方面对有效应力系数的影响,得到了加卸载条件下原煤的有效应力计算公式及渗透率与有效应力关系的公式,根据初始孔隙率、吸附常数等试验数据和不同条件下渗流试验数据对建立的渗透率与有效应力表达式进行验证。研究结果表明,理论计算值和试验结果吻合度比较高,单调加载与加卸载条件下原煤的渗透率随着有效应力的增加呈负指数关系下降。 展开更多

关键词 渗透率 加卸载 有效应力 原煤

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瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响 被引量：37

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作者 尹光志 李铭辉 +3 位作者 李文璞 蒋长宝 曹偈 张千贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1499-1504,共6页

运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始... 运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始卸围压后,煤体出现明显的扩容现象,径向发生明显膨胀应变,煤体中的渗流通道张开,煤体中瓦斯的渗流速率随之加快;随着瓦斯压力的升高,解除单位围压后煤样产生的变形变大,渗流速率升高的速率也随之增大;瓦斯压力越高,煤样从开始卸围压起至破坏的时间越短,即煤体强度越低;在卸围压初始阶段,煤样变形模量变化不大,在进入屈服阶段和失稳破坏阶段后,煤样的变形模量减小的速率开始明显加快。从煤样开始卸围压至破坏之前,煤样的变形模量下降了3.71%～7.45%;煤样的泊松比逐渐增大,围压与泊松比的对应具有较为明显的幂函数关系。 展开更多

关键词 瓦斯压力 卸围压 原煤 力学特性 渗透特性

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