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循环载荷下破碎煤体渗透率及迂曲度演化研究
1
作者
张天军
田嘉伟
+4 位作者
张磊
庞明坤
潘红宇
孟伟
贺绥男
《岩土力学》
北大核心
2025年第5期1409-1418,1428,共11页
循环载荷对煤体渗流影响较大,但目前对循环载荷下破碎煤体中渗流通道的量化表征不足,且缺少可以表示破碎煤体的基质结构模型。为此针对不同级配的破碎煤体开展了孔隙压力循环和围压循环渗流试验。结果表明:(1)孔隙压力循环与围压循环中...
循环载荷对煤体渗流影响较大,但目前对循环载荷下破碎煤体中渗流通道的量化表征不足,且缺少可以表示破碎煤体的基质结构模型。为此针对不同级配的破碎煤体开展了孔隙压力循环和围压循环渗流试验。结果表明:(1)孔隙压力循环与围压循环中,不同级配导致煤体初始渗透率有较大差异。随Talbol幂指数升高,渗透率K依次升高,且表现出明显分层现象。(2)采用有效应力变化量Δσ_(e)^(S)值表达有效应力对循环载荷下渗透率K的敏感性,发现孔隙压力循环中随渗透率升高,Δσ_(e)^(S)值呈“L型”降低,且当K≤0.75×10^(-12)m^(2)时,Talbol幂指数越小,Δσ_(e)^(S)值越低。(3)提出了一种针对级配煤体平均渗流孔道面积的计算方法,从而建立迂曲度模型描述循环载荷中破碎煤体迂曲度演化规律。研究可以为循环载荷下破碎煤体渗透率演变机制和渗流模型的建立提供理论依据。
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关键词
渗透率
循环载荷
有效应力
敏感系数
迂曲度模型
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职称材料
低渗煤岩气液两相流分形运动方程
被引量：
7
2
作者
薛东杰
周宏伟
+1 位作者
邓淋升
周杰
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第4期30-40,共11页
煤岩等多孔介质中毛细管气液两相流规律是解决渗透率理论表达的认识基础,也是揭示低渗机制必经路径。基于微纳米尺度上的毛细管分形结构,具体为纵向上建立分形迂曲度模型与横向上建立分形截面模型,定量解析低渗煤岩孔隙结构。分析了基于...
煤岩等多孔介质中毛细管气液两相流规律是解决渗透率理论表达的认识基础,也是揭示低渗机制必经路径。基于微纳米尺度上的毛细管分形结构,具体为纵向上建立分形迂曲度模型与横向上建立分形截面模型,定量解析低渗煤岩孔隙结构。分析了基于Hagen–Poiseuille方程与毛管压力公式的迂曲度定义差异,后者结合压汞实验更适用于微米尺度以下孔道渗流描述。基于分形标度关系,分析了长径比、迂曲度分维对分形影响系数的影响。开展了煤岩压汞试验,计算得到平均迂曲度与分维,并定义二者乘积为迂曲度系数。基于Carman–Kozeny方程推导了毛细管截面分形结构方程,包括周长分维与面积分维理论表达式。建立了气液两相驱替模型,基于Washburn运动方程,推导了界面位置与速度的分形运动方程。基于Nano–CT重构了低渗煤岩纳米-微米孔隙结构,获得了孔径与孔隙体积分布,结合分形模型计算了面积分维与周长分维。最后基于NMR实验开展了两相N2–H2O驱替实验,获得了实验驱替下界面运动距离与速度分布。结果表明:毛细管分形结构可作为解释低渗机制的几何桥梁。迂曲度系数可全面反映迂曲度与迂曲分维的影响,近似与渗透率呈线性关系。验证了分形截面模型的可靠性,指出煤岩低渗机制尚应考虑分形截面粗糙度系数的影响。通过驱水信号分布证实了分形运动方程的有效性。
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关键词
低渗
分形结构
分形
迂曲度模型
分形截面
模型
分形运动方程
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职称材料
题名
循环载荷下破碎煤体渗透率及迂曲度演化研究
1
作者
张天军
田嘉伟
张磊
庞明坤
潘红宇
孟伟
贺绥男
机构
西安科技大学安全科学与工程学院
西安科技大学能源学院
出处
《岩土力学》
北大核心
2025年第5期1409-1418,1428,共11页
基金
国家自然科学基金项目(No.52374228)
国家自然科学基金青年基金项目(No.52104216,No.52304253)。
文摘
循环载荷对煤体渗流影响较大,但目前对循环载荷下破碎煤体中渗流通道的量化表征不足,且缺少可以表示破碎煤体的基质结构模型。为此针对不同级配的破碎煤体开展了孔隙压力循环和围压循环渗流试验。结果表明:(1)孔隙压力循环与围压循环中,不同级配导致煤体初始渗透率有较大差异。随Talbol幂指数升高,渗透率K依次升高,且表现出明显分层现象。(2)采用有效应力变化量Δσ_(e)^(S)值表达有效应力对循环载荷下渗透率K的敏感性,发现孔隙压力循环中随渗透率升高,Δσ_(e)^(S)值呈“L型”降低,且当K≤0.75×10^(-12)m^(2)时,Talbol幂指数越小,Δσ_(e)^(S)值越低。(3)提出了一种针对级配煤体平均渗流孔道面积的计算方法,从而建立迂曲度模型描述循环载荷中破碎煤体迂曲度演化规律。研究可以为循环载荷下破碎煤体渗透率演变机制和渗流模型的建立提供理论依据。
关键词
渗透率
循环载荷
有效应力
敏感系数
迂曲度模型
Keywords
permeability
cyclic loading
effective stress
sensitivity coefficient
tortuosity model
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
低渗煤岩气液两相流分形运动方程
被引量：
7
2
作者
薛东杰
周宏伟
邓淋升
周杰
机构
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室
出处
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018年第4期30-40,共11页
基金
国家自然科学基金青年基金资助项目(51504257)
国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600704)
煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室开放课题资助项目(2011DA105287-FW201604)
文摘
煤岩等多孔介质中毛细管气液两相流规律是解决渗透率理论表达的认识基础,也是揭示低渗机制必经路径。基于微纳米尺度上的毛细管分形结构,具体为纵向上建立分形迂曲度模型与横向上建立分形截面模型,定量解析低渗煤岩孔隙结构。分析了基于Hagen–Poiseuille方程与毛管压力公式的迂曲度定义差异,后者结合压汞实验更适用于微米尺度以下孔道渗流描述。基于分形标度关系,分析了长径比、迂曲度分维对分形影响系数的影响。开展了煤岩压汞试验,计算得到平均迂曲度与分维,并定义二者乘积为迂曲度系数。基于Carman–Kozeny方程推导了毛细管截面分形结构方程,包括周长分维与面积分维理论表达式。建立了气液两相驱替模型,基于Washburn运动方程,推导了界面位置与速度的分形运动方程。基于Nano–CT重构了低渗煤岩纳米-微米孔隙结构,获得了孔径与孔隙体积分布,结合分形模型计算了面积分维与周长分维。最后基于NMR实验开展了两相N2–H2O驱替实验,获得了实验驱替下界面运动距离与速度分布。结果表明:毛细管分形结构可作为解释低渗机制的几何桥梁。迂曲度系数可全面反映迂曲度与迂曲分维的影响,近似与渗透率呈线性关系。验证了分形截面模型的可靠性,指出煤岩低渗机制尚应考虑分形截面粗糙度系数的影响。通过驱水信号分布证实了分形运动方程的有效性。
关键词
低渗
分形结构
分形
迂曲度模型
分形截面
模型
分形运动方程
Keywords
low-permeability
fractal structure
fractal tortuosity model
fractal cross-section model
fractal dynamic equation
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
循环载荷下破碎煤体渗透率及迂曲度演化研究
张天军
田嘉伟
张磊
庞明坤
潘红宇
孟伟
贺绥男
《岩土力学》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
低渗煤岩气液两相流分形运动方程
薛东杰
周宏伟
邓淋升
周杰
《工程科学与技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2018
7
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职称材料
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