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基于应力-扩散-渗流耦合模型的低渗煤层水力割缝增透效果分析
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作者 张宏图 周甜 +5 位作者 王登科 李博涛 罗勇 潘荣生 唐家豪 卢卫永 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期156-168,共13页
【目的和方法】为提升瓦斯抽采煤层增透效果,针对白坪矿区煤层松软、渗透率较低、瓦斯赋存条件复杂等特点,考虑有效应力、瓦斯运移、真实气体效应与迂曲度影响,构建基于孔隙−裂隙双重介质假设的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,模拟探究不... 【目的和方法】为提升瓦斯抽采煤层增透效果,针对白坪矿区煤层松软、渗透率较低、瓦斯赋存条件复杂等特点,考虑有效应力、瓦斯运移、真实气体效应与迂曲度影响,构建基于孔隙−裂隙双重介质假设的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,模拟探究不同钻孔间距及不同瓦斯含量煤层在抽采时瓦斯含量变化规律,开展不同增透措施及煤孔段卸煤量下现场试验,对比水力冲孔、水力割缝与机械扩孔增透效果,优选煤层增透技术。【结果和结论】建立的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,可以更精确地描述煤层瓦斯扩散特性及瓦斯流动路径;煤层厚度与瓦斯含量对抽采效果影响显著,煤层越厚、瓦斯含量越高时,瓦斯抽采达标所需钻孔间距越小,在瓦斯含量为≤7、>7~8、>8~9.35 m^(3)/t条件下,若煤层厚度≤1 m,间距应不超过11、9、8 m,厚度为>1~5 m时,应不超过10、9、7 m,厚度为>5~9 m时,应不超过10、8、7 m。现场试验表明,水力冲孔、水力割缝与机械扩孔均可降低甲烷体积分数并提升有效抽采半径,且在抽采初期较为明显,后期变化逐渐趋于平缓;在相同技术条件下,水力割缝技术效果最优,抽采90 d时,煤层甲烷体积分数降低了64.74%,有效抽采半径增加0.35 m。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 水力割缝 增透措施 应力–扩散渗流耦合模型 钻孔布置
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高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟 被引量:20
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作者 李国庆 孟召平 王保玉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1919-1926,共8页
为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结... 为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。 展开更多
关键词 煤层气 扩散-渗流机理 排水强度 高煤阶
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废弃石油井周围煤层中油层气扩散-渗流规律 被引量:10
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作者 索永录 刘颖凯 +3 位作者 肖江 张刚 李凡 曲慧升 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第5期753-760,共8页
为揭示煤矿废弃石油井周围煤层内油层气流动的压力与影响半径的变化规律,基于煤体孔隙裂隙二重介质假设,考虑孔隙率与渗透率动态变化,结合煤体变形特征,建立了油层气流动的扩散-渗流耦合模型,针对油层气组分的特殊性,运用COMSOL Multiph... 为揭示煤矿废弃石油井周围煤层内油层气流动的压力与影响半径的变化规律,基于煤体孔隙裂隙二重介质假设,考虑孔隙率与渗透率动态变化,结合煤体变形特征,建立了油层气流动的扩散-渗流耦合模型,针对油层气组分的特殊性,运用COMSOL Multiphysics软件进行模拟计算。结果表明:流动过程中,煤层各处油层气压力的增加速度都先加快后减慢直至趋于稳定,距离废弃石油井越近,油层气压力短时间内变化越快,压力也越大;随着时间的推移,油层气影响半径逐渐增加,最后趋于稳定,井内压力恒定时,影响半径增加速度一直衰减,井内压力线性增加时,影响半径增加速度先增后减;第30年时,当井内压力线性增加至15 MPa时,影响半径为310m.模拟结果与现场实测结果基本吻合,说明该耦合模型合理,该研究为受废弃石油井威胁的煤层的安全高效开采提供理论指导。 展开更多
关键词 废弃石油井 油层气 扩散-渗流 数值模拟 影响半径
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煤层瓦斯扩散-渗流规律的初步研究 被引量:15
4
作者 段三明 聂百胜 《太原理工大学学报》 CAS 1998年第4期413-416,421,共5页
以扩散、渗流理论为基础,借助传热学、传质学中的基本理论,对瓦斯的解吸过程进行理论推导,建立了瓦斯扩散—渗流方程,并采用隐式差分法对瓦斯一维平行流动和径向流动方程进行了计算机模拟,结果与生产现场较为相符。
关键词 瓦斯 扩散-渗流 计算机模拟 煤层
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鄂尔多斯盆地苏里格气田致密砂岩气藏CCUS-EGR:物模与数模
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作者 高树生 刘华勋 +4 位作者 吕伟峰 叶礼友 熊伟 朱文卿 安来志 《天然气工业》 北大核心 2025年第9期125-137,共13页
根据气体状态方程,废弃气藏注CO_(2)不仅可以实现CO_(2)埋存,还可以提高气藏采收率,CCUS-EGR的研究重点为气藏工程与数值模拟,通常采用达西渗流模型,基础物理模型缺乏实验支撑。为此,针对苏里格气田CCUS-EGR先导试验区苏东41-53井区储... 根据气体状态方程,废弃气藏注CO_(2)不仅可以实现CO_(2)埋存,还可以提高气藏采收率,CCUS-EGR的研究重点为气藏工程与数值模拟,通常采用达西渗流模型,基础物理模型缺乏实验支撑。为此,针对苏里格气田CCUS-EGR先导试验区苏东41-53井区储层物性与开发特征,运用物理模拟与数值模拟技术研究废弃气藏注CO_(2)埋存与提高采收率的动态过程,预测了CO_(2)埋存与提高气藏采收率效果。研究结果表明:①气藏废弃压力越高,相应的碳埋存量与气藏采收率提高值越大;含水饱和度越高,相应的碳埋存量与气藏采收率提高值越小。②非均质性会导致碳埋存量与采收率提高值极低;注气速度越高,突破时间越早,存在最佳注气速度;温度越高,突破时间越早,相应的碳埋存量越少,当温度低于CO_(2)临界温度时,可以大幅度提高碳埋存量,而温度对气藏采收率提高值影响较小。③建立了考虑气水两相渗流、气体间扩散效应的苏里格气田致密砂岩气藏注CO_(2)埋存与提高气藏采收率动态预测渗流模型,注CO_(2)突破时气藏采收率提高值高,受扩散效应影响,突破后还可以继续产出CH_(4),进一步提高气藏采收率,当产物中CO_(2)含量达到50%后,碳埋存量与气藏采收率增长缓慢,可作为注CO_(2)埋存与气藏提高采收率的截止条件。结论认为,通过物理模拟和数值模拟得到的新认识,不仅为该先导试验区CCUS-EGR一体化技术实施提供了理论支撑与矿场试验指导,而且对于国内不同类型气藏CCUS-EGR项目的实施也具有重要指导作用。 展开更多
关键词 鄂尔多斯盆地 苏里格气田 CCUS-EGR 致密砂岩气藏 物理模拟 数值计算 气体驱替与扩散渗流模型
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具渗流扩散和间接信号产生的Prey-Taxis模型解的整体存在性与稳定性
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作者 张利民 徐海燕 金春花 《数学物理学报(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第6期1381-1404,共24页
该文考虑如下prey-taxis模型■在三维有界区域上的零流边值问题.该文证明了对任意的m1>1,m2>1,对任意大的初值,模型存在一个全局弱解.并在一致有界性的基础上,研究了解的大时间行为,建立了定常状态的全局渐近稳定性理论.确切地说... 该文考虑如下prey-taxis模型■在三维有界区域上的零流边值问题.该文证明了对任意的m1>1,m2>1,对任意大的初值,模型存在一个全局弱解.并在一致有界性的基础上,研究了解的大时间行为,建立了定常状态的全局渐近稳定性理论.确切地说,该文证明了当λ=0,α≥0时,全局弱解强收敛到(u0,0,0);当λ≥0,α=0时,如果λ<F0(u),全局弱解强收敛到(u0,0,0),如果λ>F0(u),全局弱解强收敛到(u0,0,k(1-F0(u)/λ)). 展开更多
关键词 趋食性 渗流扩散 全局弱解 一致有界 稳定性
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垮落带邻位矸石注浆渗流模型
7
作者 熊咸玉 欧阳一博 +2 位作者 戴俊 陈新年 张玲 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第8期70-78,共9页
为了提高垮落带邻位矸石注浆扩散范围的预测精度,基于渗流力学理论,考虑浆体性质、垮落带空隙结构及渗滤效应影响,构建垮落带邻位注浆渗流模型,分析浆体渗流三维非稳态扩散规律。引入浆体屈服应力随渗流距离变化的函数,推导出浆体扩散... 为了提高垮落带邻位矸石注浆扩散范围的预测精度,基于渗流力学理论,考虑浆体性质、垮落带空隙结构及渗滤效应影响,构建垮落带邻位注浆渗流模型,分析浆体渗流三维非稳态扩散规律。引入浆体屈服应力随渗流距离变化的函数,推导出浆体扩散范围、堆积高度和注浆量计算公式,并进行数值模拟验证。研究结果表明:注浆渗流呈现低压扩散—纵向贯通—横向扩展的演化规律,其形态由椭圆体、圆柱体向截锥体变化。揭示了邻位注浆扩散机制,垮落带注浆扩散启停受屈服应力控制,当浆体屈服应力小于剪切应力时,浆体开始扩散。垮落带空隙率减小,渗流路径迂曲度增高,渗流阻力增大,浆体扩散距离减小。研究结果可为垮落带邻位矸石高效注浆提供理论参考。 展开更多
关键词 邻位矸石注浆 渗流扩散 矿山固废 理论模型
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铁法长焰煤储层煤层气三级渗流数值模拟 被引量:10
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作者 傅雪海 彭金宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期494-498,共5页
基于煤矿井下宏观裂隙观察、显微裂隙电镜测量、孔隙压汞实验,构建了铁法盆地大兴煤矿7号煤层的三元孔、裂隙结构系统;分析了长焰煤储层宏观裂隙、显微裂隙和煤基质块(孔隙)三级压力降和三级渗流/扩散特征,建立了煤层气三级渗流/扩散场... 基于煤矿井下宏观裂隙观察、显微裂隙电镜测量、孔隙压汞实验,构建了铁法盆地大兴煤矿7号煤层的三元孔、裂隙结构系统;分析了长焰煤储层宏观裂隙、显微裂隙和煤基质块(孔隙)三级压力降和三级渗流/扩散特征,建立了煤层气三级渗流/扩散场物理模型;通过等温吸附、渗透率和扩散系数实验,数值模拟了铁法盆地DT3井上煤组在排水降压开发煤层气的第3阶段的三级渗流/扩散能力分别为2 126,2 951,149 398 m3/d,指出长焰煤储层煤层气产能受制于宏观裂隙渗流场. 展开更多
关键词 长焰煤储层 煤层气 三级渗流/扩散 数值模拟
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基于图像数字技术的砂岩裂隙可视化渗流特性试验研究 被引量:4
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作者 刘杰 唐洪宇 +5 位作者 杨渝南 石谦 李政 黎照 高进 兰俊 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期2024-2033,共10页
自主研发的可视化裂隙渗流试验装置,应用颜色示踪的图像数字化处理技术,在不同渗透压和法向应力分级加卸载耦合作用下,进行空间垂直角度的砂岩裂隙可视化渗流试验。通过毫秒级分帧技术捕捉裂隙渗流状态并对渗流面积色域分区,基于数字化... 自主研发的可视化裂隙渗流试验装置,应用颜色示踪的图像数字化处理技术,在不同渗透压和法向应力分级加卸载耦合作用下,进行空间垂直角度的砂岩裂隙可视化渗流试验。通过毫秒级分帧技术捕捉裂隙渗流状态并对渗流面积色域分区,基于数字化图像技术进行二值化处理,通过图层二次叠加渲染,自识别渗流面积参数,建立渗透压与法向应力作用下的渗流面积扩散规律。研究裂隙渗流优势路径各断面的过流宽度变化特征,提出可视化渗流速度求取公式,指出渗流速度沿流径变化为骤增、骤降、均匀损耗3个阶段,建立最小断面宽度对应的峰值流速与渗透压和法向应力耦合作用下的函数模型。基于实测数据建立主渗流路径中法向应力、渗透压与雷诺数的幂函数关系,标定渗流状态的惯性作用区与黏性作用区的转变临界点,构建可视化裂隙渗流雷诺数预测模型,对裂隙渗流中真实渗流路径识别、流速矢量实时变化、流体状态判定等关键科学问题提出了新的研究理论及方法。 展开更多
关键词 可视化渗流 图像数字化处理 渗流扩散面积 过流断面宽度 渗流速度 雷诺数
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砂岩劈裂裂隙多因素影响下可视化渗流规律研究 被引量:6
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作者 刘杰 黎照 +1 位作者 李天斌 李政 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期106-119,共14页
基于自主研发的可视化试验装置,应用颜色示踪技术,进行空间多角度砂岩裂隙渗流试验;通过采用图像不同灰度面积处理技术、裂隙面积分析方法,进行图像分区并统计其渗流面积,首次从可视化角度得出在不同法向应力、渗透压、倾角等多因素影... 基于自主研发的可视化试验装置,应用颜色示踪技术,进行空间多角度砂岩裂隙渗流试验;通过采用图像不同灰度面积处理技术、裂隙面积分析方法,进行图像分区并统计其渗流面积,首次从可视化角度得出在不同法向应力、渗透压、倾角等多因素影响下渗流扩散面积比关系式,指出裂隙渗流加速汇集效应和优势扩散面积区域。并基于裂隙面三维形态测试数据,获得裂隙面粗糙度精确JRC值,利用该JRC值得到裂隙面二维粗糙度云图,并与渗流扩散面积图像相结合,从而确定渗流优势路径范围,指出低粗糙区域是渗流的主要过流路径,进而解释了渗流扩散区域会随倾角增大而减小原因,为隧道工程实践中的防渗封堵提供依据。 展开更多
关键词 可视化渗流 渗流扩散面积 加速汇集效应 裂隙粗糙度JRC值 优势路径
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煤层气成藏机理及形成地质条件研究进展 被引量:41
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作者 刘大锰 刘正帅 蔡益栋 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1-16,共16页
煤层气成藏机理及形成地质条件研究对合理评估煤层气资源和指导煤层气开发具有重要意义。煤层气成藏是煤层气在含煤盆地生成、赋存、运移和保存的动态地质演化过程,每个阶段均受多种地质因素控制。基于近年来国内外相关领域研究成果,从... 煤层气成藏机理及形成地质条件研究对合理评估煤层气资源和指导煤层气开发具有重要意义。煤层气成藏是煤层气在含煤盆地生成、赋存、运移和保存的动态地质演化过程,每个阶段均受多种地质因素控制。基于近年来国内外相关领域研究成果,从煤层气成藏过程和流体特征角度出发,依次总结煤层气成因机理、煤层气储集及运移机理和煤层气藏形成地质条件。结果表明:丰富的有机碳是煤层气形成的物质基础,生物成因煤层气的形成主要依赖于煤层中微生物群落特征,热成因煤层气的形成依赖于煤变质程度;吸附解吸机理是研究煤层气储集的基础理论,固-液吸附解吸理论可以更好地解释含水煤层气体吸附解吸现象;扩散机理和渗流机理是煤层气运移的微观理论,基于时间变化的扩散模型和非达西渗流模型更适合解释我国低渗储层煤层气的运移过程;煤层气藏形成的地质条件归纳为沉积条件、构造条件和水文地质条件,沉积条件控制煤岩组成、煤层厚度和顶底板特征等影响煤层气的成藏过程,构造条件通过构造活动、煤层埋深、岩浆活动和构造类型等影响煤层气的成藏过程,水文地质条件对煤层气成藏具有双重作用。总之,我国含煤盆地地质构造复杂,煤层气成藏受多种地质因素控制,煤层气藏主控因素分析应结合煤层沉积埋藏史、热演化史、构造演化史和地层水动力特征。 展开更多
关键词 煤层气 生物成因气 热成因气 吸附解吸机理 扩散渗流机理 地质控制因素
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静态致裂作用下低渗厚煤层瓦斯增透数值模拟研究 被引量:4
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作者 王新丰 刘文港 +2 位作者 王龙 韦友玉 张乔 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1-12,共12页
为提高煤层静态致裂井下作业效率,优化致裂布孔参数,以中煤华晋王家岭矿12316综采工作面胶带巷为实验背景,结合煤层变形破坏方程、瓦斯扩散渗流方程和煤层渗透率演化方程,构建煤层破坏及渗透率演化模型;采用FlAC^(3D)-COMSOL Multiphys... 为提高煤层静态致裂井下作业效率,优化致裂布孔参数,以中煤华晋王家岭矿12316综采工作面胶带巷为实验背景,结合煤层变形破坏方程、瓦斯扩散渗流方程和煤层渗透率演化方程,构建煤层破坏及渗透率演化模型;采用FlAC^(3D)-COMSOL Multiphysics对煤体静态致裂增透过程及影响因素进行数值模拟,揭示静态致裂作用下煤层应力分布、塑性扩展与瓦斯压力传递演化规律。通过优化选取致裂工艺参数开展现场试验,定量分析不同孔距下静态致裂过程中煤层瓦斯抽采量的变化特征。结果表明:静态致裂过程中膨胀应力在煤体内部沿致裂孔半径方向向四周均匀传递,单孔致裂过程中形成圆环状应力圈和塑性区;在双孔致裂条件下,两致裂孔内膨胀应力的水平叠加效果优于竖直叠加效果,使煤体水平方向破坏效果较竖直方向显著,且两致裂孔中间区域的煤层先于其他区域破坏。受静态致裂作用范围的限制,增透促抽后煤层内瓦斯压力大小与孔距呈正相关关系,煤层渗透率与孔距间呈负相关关系;现场试验表明,将孔距设为1.6 m以内进行静态致裂增透,在抽采负压为20 kPa条件下抽采30 d,测得致裂后瓦斯抽采纯量提升1倍左右,说明静态致裂对瓦斯抽采具有显著的卸压增透效果。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 静态致裂 煤层增透 扩散渗流 数值模拟 效果评价
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韩城煤层气田煤层气井排采精细控制模式研究 被引量:5
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作者 毛得雷 康永尚 +3 位作者 李树新 王会娟 闫霞 李永洲 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第6期138-142,共5页
为了完善煤层气井排采模式,通过在韩城煤层气田长期的现场排采实践,在现有"两期、五阶段"煤层气井阶段排采模式的基础上,从煤储层解吸-扩散-渗流的角度分析,认为憋压排水-产能释放阶段出现套压和动液面快速波动的现象,是由于... 为了完善煤层气井排采模式,通过在韩城煤层气田长期的现场排采实践,在现有"两期、五阶段"煤层气井阶段排采模式的基础上,从煤储层解吸-扩散-渗流的角度分析,认为憋压排水-产能释放阶段出现套压和动液面快速波动的现象,是由于现行排采制度与高煤阶、低渗透煤储层的供流能力不完全匹配引起的。依据稳定控制井底流压压降和排采工作制度与地层供流能力相适应的基本思想,将现场采用的模式进行了修正和完善,提出了"两期、六阶段"煤层气井排采精细控制模式,现场试验表明,按照这一精细控制模式,可避免出现套压和动液面快速波动的现象,降低出砂事故率。 展开更多
关键词 韩城煤层气田 低渗透高煤阶储层 煤层气井 排采工作制度 扩散-渗流机理 精细控制模式
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采动裂隙椭抛带动态演化及煤与甲烷共采 被引量:121
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作者 李树刚 林海飞 +2 位作者 赵鹏翔 肖鹏 潘红宇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1455-1462,共8页
为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型... 为研究采动覆岩裂隙演化及其中瓦斯的运移规律,通过物理相似模拟及数值模拟发现,煤层开采后采动覆岩裂隙形态可用椭抛带来表征。基于岩层控制关键层理论,建立了考虑采高及第一亚关键层与煤层顶板间距的采动裂隙椭抛带动态演化数学模型。运用环境流体力学,传质学,渗流力学,采动岩体力学等理论,得到采动煤体应力与卸压瓦斯渗流,纵向破断裂隙区瓦斯升浮,以及横向离层裂隙区瓦斯扩散等方程,构建出椭抛带中卸压瓦斯渗流-升浮-扩散综合控制模型。分析了椭抛带卸压瓦斯抽采机理,提出相应的煤与甲烷共采技术。通过山西天池煤矿抽采卸压瓦斯的现场实践,说明采动裂隙椭抛带是卸压瓦斯的储运区,将瓦斯抽采系统布置其中,可取得良好效果。 展开更多
关键词 椭抛带 煤与甲烷共采 瓦斯渗流-升浮-扩散 高抽巷
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潮汐循环作用下海水入侵模型的现状及展望 被引量:2
15
作者 郑丹 王大国 韩光 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2009年第S1期240-242,共3页
针对潮汐循环作用下海水入侵模型的问题,综述了目前国内外海水入侵模型的研究现状,探讨了流固耦合效应和潮汐时域运动效应对海水入侵的影响,指出了建立潮汐循环作用下海水入侵的渗流-应力-损伤-对流扩散多场耦合模型,并考虑潮汐循环加... 针对潮汐循环作用下海水入侵模型的问题,综述了目前国内外海水入侵模型的研究现状,探讨了流固耦合效应和潮汐时域运动效应对海水入侵的影响,指出了建立潮汐循环作用下海水入侵的渗流-应力-损伤-对流扩散多场耦合模型,并考虑潮汐循环加载、岩土非均匀性和岩土损伤与对海水入侵之间的关系,是今后海水入侵模型的主要研究方向。 展开更多
关键词 海水入侵 渗流-应力-损伤-对流扩散 潮汐循环加载
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