煤岩体多场多相流体介质压裂试验装置研制与监测应用

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作者 种照辉 邱冠众 +2 位作者 姚强岭 李学华 苏逢生 《煤炭学报》 北大核心 2025年第9期4324-4341,共18页

煤岩体压裂物理试验是检验理论推导、数值计算是否有效可靠的重要途径,同时也可为现场工业性应用提供技术支持。但在不同流体介质压裂试验对比、内部裂缝扩展监测方面仍存在不足。为掌握液态、气态、超临界态等多相流体介质注入条件下... 煤岩体压裂物理试验是检验理论推导、数值计算是否有效可靠的重要途径,同时也可为现场工业性应用提供技术支持。但在不同流体介质压裂试验对比、内部裂缝扩展监测方面仍存在不足。为掌握液态、气态、超临界态等多相流体介质注入条件下煤岩体在应力−裂隙−渗流多物理场中压裂裂缝的扩展机制,自主研发了煤岩体多场多相流体介质压裂试验装置。试验装置主要由高压流体注入模块、真三轴液压伺服模块、回压计量模块、数据信息采集模块组成。具体特点如下:①不同压裂液的注入装置通过管路分别与KDHSH100型双缸高压精密注入泵或气体增压泵相连接,之后通过真三轴仪的气液进口与压裂管连接煤岩体试样开展压裂试验;②高压流体介质泵注压力控制范围可达40 MPa,X/Y/Z三方向最大加载压力均为50 MPa,可容纳300 mm×300 mm×300 mm以内大尺寸试样开展试验;③可采用声发射信号的时域、频域、空间等多方面推演压裂裂缝扩展的隐蔽信息。利用该装置开展了胍胶水、纯水、N_(2)、超临界二氧化碳(SC-CO_(2))等4种流体介质的真三轴压裂试验,揭示了不同流体介质压裂试样过程中声发射时域−频域−空间响应规律,分析了泵注压力、破裂形态、振铃计数、频域频率和幅值、空间定位等声发射多元信息。试验结果表明:4种介质中,SC-CO_(2)作为压裂液注入试样产生最多的次生裂缝。注入介质为液体时,声发射振铃计数只是在一定范围内波动;声发射信号主控频率主要集中在高频段(HF),占比均超过78%。而注入介质为非液态时,声发射振铃计数会在起裂压力附近出现突增,这是由于非液体介质的高压缩性在试样低渗透条件下产生憋压作用导致岩体破裂。液体介质压裂试样破坏事件的空间信息都集中在恒定稳压和致裂卸压阶段,N_(2)压裂过程中破裂定位事件主要在缓慢增压和快速卸压阶段产生,而SC-CO_(2)压裂则主要集中在快速卸压阶段。 展开更多

关键词 煤岩体压裂 高压流体 模拟试验装置 裂缝扩展 声发射监测

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基于声发射特征的静态致裂剂优化及致裂效果试验研究

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作者 刘军 王倩 苏敏 《中国矿业》 北大核心 2025年第10期154-161,共8页

为解决静态致裂增透技术存在时效短、压力低等难题,本文利用SPSS数理统计法设计正交试验,优化静态致裂剂原料的最佳配比,基于该配比对不同布孔方式下的煤样试件进行了致裂实验;并利用声发射手段定量分析了试件在致裂过程中裂隙的发育情... 为解决静态致裂增透技术存在时效短、压力低等难题,本文利用SPSS数理统计法设计正交试验,优化静态致裂剂原料的最佳配比,基于该配比对不同布孔方式下的煤样试件进行了致裂实验;并利用声发射手段定量分析了试件在致裂过程中裂隙的发育情况并预测了其破碎的时间节点。研究结果表明:①静态致裂剂的最佳配比为:膨胀剂∶增强剂∶减水剂∶缓凝剂∶胶结剂=75∶8∶2∶6∶9,膨胀剂和增强剂对静态致裂效果具有显著影响,其余三种组分对静态致裂效果的影响较小;②双孔致裂膨胀压叠加作用致裂效果相比单孔明显增强,含导向孔试件的起裂时间早且试件破碎较彻底,微小裂隙发育良好,合理的布孔方式可以显著提高静态致裂剂对煤体的增透效果;③煤样试件声发射振铃计数和能量在压密阶段、弹性变形阶段、加速破坏阶段均依次增加,振铃计数增幅较低,能量激增相对显著。声发射b值在整个致裂过程中呈现先增大后减小的趋势,并在试样失稳破坏前急剧下降,该阶段可作为试件失稳突变前兆信息点。该研究可为静态致裂剂在高瓦斯、低渗透性煤层矿井的利用提供理论支持。 展开更多

关键词 煤体增透 静态致裂剂 正交试验 声发射特征 布孔方式

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碎软煤层间接压裂破裂压力及裂缝形态演化试验

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作者 朱帝杰 梁卫国 +3 位作者 牛栋 落弘业 任森涛 胡善为 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2063-2076,共14页

顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不... 顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不钻孔深度煤-砂质泥岩组合体真三轴压裂试验,结合声发射技术监测水力裂缝扩展动态响应,利用三维形貌扫描技术刻画煤体水力裂缝面形貌特征,并系统分析了钻孔深度对破裂压力、穿层效果与裂缝面形貌的影响机理。试验结果表明:随着钻孔深度增大,砂质泥岩破裂压力和破裂时间显著减小,水力裂缝面更曲折粗糙。钻孔深度由25 mm增至45 mm时,破裂压力降低1.57 MPa,破裂时间减少7 s,水力裂缝由直接穿层转变为先沿界面扩展一段距离后再穿层,注入压力曲线出现“二次峰值”,对应稳定渗流的注入压力更高,煤体水力裂缝面粗糙度系数增加12.5,表明增大钻孔深度可促进砂质泥岩破裂,有助于在煤体内形成形态复杂、表面粗糙、导流能力良好的水力裂缝。钻孔深度越小,水力裂缝起裂扩展释放的能量和声发射事件数越多。相较于45 mm深钻孔,25 mm深钻孔对应声发射累积能量多0.81 nJ,对应煤岩组合体声发射事件数多70个,对应煤体声发射事件数多40个,对应水力裂缝形态因砂质泥岩断裂导致的高能冲击效应而更为平直,表明减小钻孔深度有助于水力裂缝由砂质泥岩穿层进入煤体。煤-砂质泥岩组合体的无量纲弹性参数值为0.38,明显小于应力在岩石内部均匀传递所需的0.5,导致砂质泥岩内产生张拉型内应力。该内应力是钻孔深度影响砂质泥岩破裂压力的重要原因。间接压裂顶板水平井距煤岩界面越远或射孔深度越小,水力裂缝越容易由顶板扩展至煤层,但同时在煤层内的水力裂缝形态更平直,不利于形成复杂压裂缝网。因此,间接压裂顶板水平井钻进层位和射孔深度理论上存在一个最优值,该值的确定需综合考虑穿层效果、煤层压裂缝网复杂程度及其导流能力。研究结果可为间接压裂顶板水平井层位和射孔深度优化提供理论指导。 展开更多

关键词 碎软煤层 间接压裂 破裂压力 声发射响应 裂缝面特征

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不同粒组骨料对矸石胶结充填体力学特性及破坏特征的影响

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作者 夏文韬 杨科 +2 位作者 何祥 张连富 侯永强 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期206-213,共8页

为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影... 为探究矸石粒径对胶结充填体力学特性及破坏特征的影响,在室内开展了三组不同矸石粒径(0~5 mm、5~10 mm、0~10 mm)充填体四个龄期单轴加载性能测试,系统分析了矸石粒径大小对充填体抗压强度、应力-应变曲线、声发射信号及破坏特征的影响规律。研究结果表明:矸石粒径范围的变化对应力-应变曲线没有明显的影响,即矸石充填体的变形破坏均经历了OA压密阶段、AB弹性阶段、BC塑性阶段、CD破坏阶段等四个阶段;当矸石最大粒径从5 mm增加到10 mm时,对充填体的早期抗压强度影响较小,对后期抗压强度具有明显的削弱作用。随着矸石最大粒径的增加,煤矸石充填体的裂纹数量显著增加,并且矸石充填体的破坏裂纹以剪切裂纹为主。不同粒径范围的矸石充填体均表现出剪切破坏的特征,但随着粒径增大,加载后试件完整性变差,粒径范围为5~10 mm的矸石充填体破坏后部分试件崩解出大量矸石散体,矸石细颗粒的存在能够提高矸石充填体的承载稳定性。研究结果有助于简化矿山充填矸石级配,对矿山矸石破碎工作具有一定的工程指导意义。 展开更多

关键词 煤矸石 胶结充填体 粒径级配 声发射信号 裂纹扩展

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不同孔界距煤岩复合体水力压裂裂缝扩展试验研究

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作者 林俊淇 刘程 +4 位作者 李良伟 武文宾 姚壮壮 宁二强 秦逢缘 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期82-92,共11页

为揭示煤层顶板水力压裂过程中压裂孔底部与煤岩界面距离对压裂裂缝扩展的影响规律,开展了不同孔界距的水力压裂特性试验。选用孔界距分别为2、5、7、10、12、15 mm的煤岩组合相似试件,利用RTR-4600煤岩力学参数高精度测量试验机与DS5-8... 为揭示煤层顶板水力压裂过程中压裂孔底部与煤岩界面距离对压裂裂缝扩展的影响规律,开展了不同孔界距的水力压裂特性试验。选用孔界距分别为2、5、7、10、12、15 mm的煤岩组合相似试件,利用RTR-4600煤岩力学参数高精度测量试验机与DS5-8B全信息声发射信号分析仪,模拟水力压裂过程并获取声发射特征。结果表明:随着孔界距的减小,起裂压力呈现下降趋势,但并非完全线性;最优孔界距为5 mm,裂缝扩展速率与范围达到平衡,声发射点分布密度和损伤覆盖率分别为5.2个/mm^(3)和83%,该条件下裂缝网络的复杂性与渗透性提升最为显著;孔界距通过调控流体—应力—损伤多场耦合关系主导损伤演化路径,较大孔界距条件下界面主导的裂缝扩展受限于压力场弥散效应,最优孔界距能实现应力集中与结构弱面分布的最佳匹配,超小孔界距因近场应力超限导致裂缝网络失稳退化。 展开更多

关键词 水力压裂 裂缝扩展 裂缝损伤 孔界距 声发射 煤岩复合体

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煤体强度差异对裂缝跨界面扩展影响规律研究

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作者 刘洪杰 马衍坤 +1 位作者 王小岐 周健 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第3期119-125,共7页

为探究岩煤界面两侧力学性能差异对裂缝跨界面扩展行为的影响,利用自主研制的单面可视煤岩真三轴水力压裂试验系统,对含不同强度煤体的组合体试块开展真三轴水力压裂试验。采用AE与DIC分析方法研究裂缝跨界面扩展过程的声发射和应变场... 为探究岩煤界面两侧力学性能差异对裂缝跨界面扩展行为的影响,利用自主研制的单面可视煤岩真三轴水力压裂试验系统,对含不同强度煤体的组合体试块开展真三轴水力压裂试验。采用AE与DIC分析方法研究裂缝跨界面扩展过程的声发射和应变场响应规律。研究结果表明:裂缝在低强度煤层扩展过程中缝网展布形态复杂,水压曲线呈现出高频次的锯齿状波动,声发射信号反应较为剧烈;在高强度煤层扩展过程中缝网展布形态相对单一,水压曲线呈现出较低程度的波动,声发射信号反应较为平静。裂缝在扩展过程中两侧会出现明显拉伸与压缩应变局部化区域,应变局部化区域形态与裂缝扩展路径基本一致。随着裂缝跨越岩煤界面进入煤层,裂缝两侧呈现出明显的拉伸与压缩应变局部化带,不同强度煤岩体试块相较起裂时增大了4.29~11.09倍。裂缝两侧应变集中程度也迅速增大,拉应变值和压应变值分别增大了2.07~2.46倍和1.15~5.02倍。研究结果对顶板导向水力压裂技术研究具有重要参考意义。 展开更多

关键词 顶板水力压裂 岩煤界面 岩煤强度差异 声发射分析 数字图像相关方法

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基于三维定位声发射的轴向加载下灰岩破裂特性研究

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作者 程博 江东平 +3 位作者 李龙福 王春 谢理想 王帅彬 《金属矿山》 北大核心 2025年第8期48-56,共9页

为了研究灰岩在轴向荷载作用下变形过程中内部裂隙的扩展,开展单轴加载试验,同时利用三维定位声发射技术和岩石声波参数测试技术实时监测灰岩的加载过程,结合实时波速与声发射信号的演变规律,揭示试样内部裂隙扩展的历程。研究结果表明... 为了研究灰岩在轴向荷载作用下变形过程中内部裂隙的扩展,开展单轴加载试验,同时利用三维定位声发射技术和岩石声波参数测试技术实时监测灰岩的加载过程,结合实时波速与声发射信号的演变规律,揭示试样内部裂隙扩展的历程。研究结果表明:灰岩试样在轴向加载过程中的弹性变形阶段、塑性变形阶段的纵波波速较高,且在塑性变形阶段波速起伏较大,说明在塑性变形阶段岩样内部的裂隙扩展速度最快;但临近破坏时纵波波速较低。加载过程中声发射信号幅值绝大部分低于60 dB,高幅值信号会随着试样破坏的来临出现频率增加,且数值整体呈现升高的趋势。试样起裂于内部,裂隙主要围绕着起裂位置扩展至试样边缘。三维定位声发射信号能够反映出灰岩试样在轴向加载过程中其内部裂隙的扩展情况,并且其位置与最终展现的破坏裂纹明显对应。 展开更多

关键词 三维定位声发射 裂隙扩展 实时波速 信号幅值 破坏裂纹

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深部煤-岩组合体力学特征及裂隙扩展规律——以沁水盆地武乡区块为例 被引量：2

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作者 蔡益栋 李倩 +2 位作者 肖帆 刘大锰 邱峰 《石油与天然气地质》 CSCD 北大核心 2024年第6期1686-1704,共19页

煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合... 煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合体的单轴压缩实验和有限元数值模拟计算,研究了煤-岩组合体中不同厚度比、不同岩性类别和不同交界面倾角对组合体抗压强度、弹性模量、声发射信号特征和破裂特征的影响规律,探究不同组合配置下的裂缝扩展行为。研究结果表明:①煤-岩组合体的抗压强度和弹性模量随煤-岩厚度比和煤-岩交界面接触倾角的增大而减小,不同岩性的组合体弹性模量介于1.75~5.44 GPa,抗压强度为11.20~20.60 MPa,其中煤岩-泥页岩组合体力学性质最弱,煤岩-砂岩组合体最强。②煤-岩厚度比增大会加剧组合体的破坏程度和裂隙数量,当煤-岩厚度比达到一定程度时,煤体发生破裂后能量会继续扩散到邻层,使整个组合体破碎。在不同岩性的组合体中,破坏难易程度为煤岩-砂岩组合>煤岩-灰岩组合>煤岩-泥页岩组合。随着煤-岩组合体交界面接触倾角增大,整体更容易被破坏失稳、产生裂隙。③随着组合体中煤岩厚度增大,发育的裂缝由张性裂隙演变为X型剪切裂隙,且由只在煤岩内部扩展逐渐过渡到整个组合体。不同岩性组合体的力学强度愈大,其裂隙越倾向于从X型剪切裂隙演变为张性裂隙,展布范围由整个组合体变为局限于煤岩内部。煤-岩交界面接触倾角的增大使组合体内部的X型剪切裂隙尺度相应增加,加剧破坏程度。 展开更多

关键词 单轴压缩实验 声发射信号监测 力学行为 数值模拟 裂隙扩展 煤-岩组合体 武乡区块 沁水盆地

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深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律试验研究 被引量：1

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作者 陈志杰 王开 +4 位作者 张小强 姜玉龙 丁一 侯建 王文伟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第2期74-81,89,共9页

为研究深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律,采用自行研制的TCHFSM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,开展不同压裂孔间距、不同注液速率对多裂缝同步扩展规律的影响试验。通过观察和分析压裂过程中裂缝扩展形态、注液压力演化规律... 为研究深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律,采用自行研制的TCHFSM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,开展不同压裂孔间距、不同注液速率对多裂缝同步扩展规律的影响试验。通过观察和分析压裂过程中裂缝扩展形态、注液压力演化规律,以及声发射动态响应特征和注液流量演化特征,结果表明:压裂孔间距较小时,左右两侧裂缝扩展长度大于中部裂缝,随着压裂孔间距增大,左中右3条裂缝均衡扩展;增大注液速率可以使起裂压力增高,多裂缝长度增加,有效提高储层改造体积;增大压裂孔间距和注液速率,可以使左中右3个压裂孔的注液流量占比更均衡。 展开更多

关键词 深部煤系 多孔水力压裂 缝间应力干扰 压裂孔间距 注液速率 声发射特征 流量演化规律

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跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究 被引量：2

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作者 李浩哲 姜在炳 +2 位作者 范宗洋 庞涛 刘修刚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期737-749,共13页

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点... 针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。 展开更多

关键词 煤岩界面 穿层压裂 动态扩展 数字散斑 声发射

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水压-氯盐侵蚀耦合作用下膏体充填材料力学性能实验研究 被引量：2

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作者 李宗蓄 尹大伟 +2 位作者 柳慧敏 谭毅 李学龙 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期1574-1591,共18页

在膏体充填开采中,煤矸石-粉煤灰胶结充填材料(CGFB)可有效控制地表沉降。CGFB在被注入采空区后会受到水压影响和氯离子侵蚀。因此,研究水压和氯离子侵蚀对CGFB性能的影响对于实现有效的绿色开采至关重要。将CGFB试样在0、0.5、1.5或3.0... 在膏体充填开采中,煤矸石-粉煤灰胶结充填材料(CGFB)可有效控制地表沉降。CGFB在被注入采空区后会受到水压影响和氯离子侵蚀。因此,研究水压和氯离子侵蚀对CGFB性能的影响对于实现有效的绿色开采至关重要。将CGFB试样在0、0.5、1.5或3.0 MPa的氯化钠溶液中浸泡15天,通过单轴压缩试验、声发射信号监测、数字散斑应变测量、扫描电子显微镜和X射线衍射研究了试样的力学性能和劣化机理。结果表明,随着浸泡压力的增加,试样单轴抗压强度先增大后减小。当浸泡压力从0 MPa增加到1.5 MPa时,平均单轴抗压强度增加了43.5%。当浸泡压力从1.5 MPa增加到3.0 MPa时,平均单轴抗压强度下降18.9%。此外,水压会促进氯离子进入CGFB内部并产生弗里德尔盐。较高的水压-氯盐耦合作用增加了CGFB的孔隙率,与0 MPa样品相比,3.0 MPa样品的孔隙率增加8.2%。高水压作用下,膏体充填体内部孔隙裂纹发育贯通,力学性能劣化,其密实度与抗压强度下降。 展开更多

关键词 水压 氯盐侵蚀 煤矸石-粉煤灰充填 变形局部化带 声发射信号 细观形貌

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基于小波包分解岩石破裂声发射信号响应机制与脆性评价研究

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作者 魏靖依 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期52-60,共9页

岩石脆性是控制岩石破裂的关键指标,决定着能否在压裂过程形成有效的缝网。通过声发射信号研究岩石脆性特征与破裂行为,能够直接揭示岩石破裂与脆性之间的关系。但目前尚未建立声发射信号特征与岩石破裂模式的关系,无法准确描述岩石的... 岩石脆性是控制岩石破裂的关键指标,决定着能否在压裂过程形成有效的缝网。通过声发射信号研究岩石脆性特征与破裂行为,能够直接揭示岩石破裂与脆性之间的关系。但目前尚未建立声发射信号特征与岩石破裂模式的关系,无法准确描述岩石的脆性特征。为此,基于小波包分解方法对岩石声发射信号进行能量频带划分,建立不同脆性岩石破裂模式与声发射信号能量分布之间的关系,通过对声发射信号的三维空间分布特征进行分析,提出了基于声发射信号能量分布的岩石脆性指数评价方法。研究表明:声发射信号的能量特征与岩石的脆性有关,能量分布的主频率大多在750 kHz以内,岩石脆性矿物含量越高,该频率的声发射信号所占比例越大,岩石破裂声发射信号能量分布越集中,岩石破裂的突变性越强,裂缝张性、剪切及混合演化扩展模式转换越明显,脆性指数也越大。该研究可为岩石破裂预警等方面的研究提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 声发射信号 小波包分解 岩石破裂 脆性评价

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饱和含水煤岩单轴压缩条件下的声发射特征 被引量：48

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作者 唐书恒 颜志丰 +2 位作者 朱宝存 张松航 张佳赞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期37-41,共5页

为了模拟研究煤储层的压裂特征,进行了饱和含水煤岩单轴压缩破裂实验以及声发射测试。结果表明:饱和含水煤岩在单轴压缩条件下首先产生变形,然后出现裂隙,直到最后破坏。根据声发射和应力-应变曲线特征将煤岩压裂过程分为迸裂型、破裂... 为了模拟研究煤储层的压裂特征,进行了饱和含水煤岩单轴压缩破裂实验以及声发射测试。结果表明:饱和含水煤岩在单轴压缩条件下首先产生变形,然后出现裂隙,直到最后破坏。根据声发射和应力-应变曲线特征将煤岩压裂过程分为迸裂型、破裂型和稳定型三大类。煤岩压裂过程受试件取样方向影响,当试件轴向平行面割理时,破裂过程出现迸裂型、破裂型,而无稳定型;当试件轴向垂直面割理时,破裂过程出现破裂型、稳定型,而无迸裂型。 展开更多

关键词 饱和含水煤岩 单轴压缩 声发射 破裂过程

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煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究 被引量：162

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作者 王恩元 何学秋 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期131-137,共7页

对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析，并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明，煤体变形破裂时能够产生电磁辐射，电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步，电磁辐射信号较声发射信号丰富，... 对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析，并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明，煤体变形破裂时能够产生电磁辐射，电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步，电磁辐射信号较声发射信号丰富，电磁辐射与煤岩体的变形破裂过程密切相关．煤岩电磁辐射技术在揭示煤岩变形破裂机理，预测、预报地震，矿山煤岩灾害动力现象及岩石混凝土建筑稳定性方面有着非常广泛的应用前景． 展开更多

关键词 煤盎 变形破裂 电磁辐射 声发射 实验研究

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含水砂岩在破坏过程中的频谱特性分析 被引量：25

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作者 张艳博 黄晓红 +1 位作者 李莎莎 刘祥鑫 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1574-1578,共5页

通过对含水砂岩进行单轴加载声发射试验,获取声发射信号。对整个加载过程声发射信号进行FFT变换,发现随着加载地进行,声发射信号的峰值频率由60 kHz下降到40 kHz,平均主频比自然状态下的砂岩平均主频降低了1 kHz;通过分析能量和岩石声... 通过对含水砂岩进行单轴加载声发射试验,获取声发射信号。对整个加载过程声发射信号进行FFT变换,发现随着加载地进行,声发射信号的峰值频率由60 kHz下降到40 kHz,平均主频比自然状态下的砂岩平均主频降低了1 kHz;通过分析能量和岩石声发射事件数之间的关系,发现能量与对应声发射事件数之间的比值越大,说明能量是由较大的破裂导致的,而能量值与对应声发射事件数之间的比值越小(数量级在104以下),说明能量是由多个小破裂同时产生积聚而成的;用Welch法做功率谱估计,发现得到的声发射信号其功率谱大致分为A、B两种,B类功率谱对应信号的相位突变性强。选取一些较大能量信号,计算这些信号出现之前的B类型功率谱出现的几率,发现越接近破裂出现B类型功率谱的几率越大。研究结果为分析岩石破裂全过程的声发射特性提供了一条新的思路,也为声发射应用于岩石破裂失稳预报奠定了一定的工作基础。 展开更多

关键词 声发射信号 主频 破裂 能量 Welch功率谱

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瓦斯煤岩变形破裂过程声发射预警信号变化规律研究 被引量：16

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作者 肖晓春 朱洪伟 +3 位作者 潘一山 徐军 罗浩 吕祥锋 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期122-127,共6页

为提高矿井瓦斯突出灾害预测准确率,基于力学、声学理论,采用实验室试验方法,以标准煤试样为研究对象,对含瓦斯煤岩变形破裂过程声发射(AE)预警声信号变化规律进行研究。试验结果表明:围岩应力增大,煤岩破裂由低围岩应力的脆性破坏逐渐... 为提高矿井瓦斯突出灾害预测准确率,基于力学、声学理论,采用实验室试验方法,以标准煤试样为研究对象,对含瓦斯煤岩变形破裂过程声发射(AE)预警声信号变化规律进行研究。试验结果表明:围岩应力增大,煤岩破裂由低围岩应力的脆性破坏逐渐过渡到高围岩应力状态的塑性破坏,可根据声发射高幅信号提前预测煤岩破裂时刻。瓦斯的力学和非力学作用对煤岩体力学性质和变形特性的影响均随瓦斯压力的增加而变大。瓦斯压力越大,则煤岩破裂进程加快,积累的声发射能量迅速释放,高值振铃计数声发射信号覆盖时间区段变长,声发射信号能及时反映含瓦斯煤岩的不稳定性。 展开更多

关键词 瓦斯煤岩 变形破裂 声发射(AE) 振铃计数 预警信号

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基于声发射信号的煤岩界面识别研究 被引量：26

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作者 张强 张石磊 +2 位作者 王海舰 赵轲 宋振铎 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期230-237,共8页

为实现采煤机煤岩截割过程中滚筒高度的自动调节控制,提出一种基于声发射信号的煤岩界面动态识别方法,测试和提取不同煤岩截割比例条件下的声发射特征信号。采用时域分析方法得到不同工况下的时域指标,采用小波分析方法提取煤岩截割的... 为实现采煤机煤岩截割过程中滚筒高度的自动调节控制,提出一种基于声发射信号的煤岩界面动态识别方法,测试和提取不同煤岩截割比例条件下的声发射特征信号。采用时域分析方法得到不同工况下的时域指标,采用小波分析方法提取煤岩截割的声发射信号特征值,建立不同煤岩截割比例条件下声发射信号的最小隶属度函数,实现煤岩截割比例的实时在线监测。实验室截割实验测试结果表明,滚筒实际煤岩轨迹与截割煤岩轨迹之间差值的平均值、方差、标准差很小。实验结果验证了该识别系统的精确性与可靠性。 展开更多

关键词 采煤机 煤岩识别 声发射信号 时域分析 小波分析 隶属度函数

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深部煤岩三轴破断行为与能量释放的加载率效应试验研究 被引量：11

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作者 谢晶 高明忠 +3 位作者 张盛 付成行 彭高友 刘军军 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2713-2724,共12页

以同煤特厚煤层开采扰动为工程背景,联合AE微破裂探测技术,在实验室尺度下开展不同加载速率下煤岩三轴力学参数、损伤破断行为以及能量演化差异性规律研究。研究结果表明:在不同加载速率下,煤岩力学行为存在显著差异,均存在临界加载速... 以同煤特厚煤层开采扰动为工程背景,联合AE微破裂探测技术,在实验室尺度下开展不同加载速率下煤岩三轴力学参数、损伤破断行为以及能量演化差异性规律研究。研究结果表明:在不同加载速率下,煤岩力学行为存在显著差异,均存在临界加载速率区间0.054~0.108 mm/min;随着加载速率的增加,煤岩三轴强度先降低后逐渐升高,宏观裂隙数量及长度最小值发生在加载速率为0.018 mm/min的条件下;煤岩试样内部AE事件数及AE事件能量量级随加载速率增加逐渐演化,煤岩试样损伤变量随加载速率总体符合二次函数关系;煤岩总能量、弹性应变能及耗散能均随着加载速率的增大呈现先减小而后上升最后趋于稳定的演化过程,推测加载速率效应与外部围压效应存在博弈,从而导致煤岩力学行为的加载率效应。 展开更多

关键词 煤 加载速率 破裂 声发射 能量

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煤岩破裂声发射实验研究及RS统计分析 被引量：37

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作者 王恩元 何学秋 刘贞堂 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期270-273,共4页

对受载煤体破裂过程中的声发射（ＡＥ）信号进行了测定和分析．研究结果表明，受载煤岩体的变形破裂及声发射信号并不连续，而是阵发性的．声发射信号符合赫斯特（ＲＳ）统计规律．在受载煤岩体的破裂过程中，声发射信号基本呈现逐渐增... 对受载煤体破裂过程中的声发射（ＡＥ）信号进行了测定和分析．研究结果表明，受载煤岩体的变形破裂及声发射信号并不连续，而是阵发性的．声发射信号符合赫斯特（ＲＳ）统计规律．在受载煤岩体的破裂过程中，声发射信号基本呈现逐渐增强趋势，这对于预测预报煤岩灾害动力现象有重要的意义． 展开更多

关键词 声发射 煤体破裂 R/S统计规划 煤岩破裂

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煤样变形破坏声电效应的演化规律及机理研究 被引量：15

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作者 王云海 何学秋 窦林名 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1569-1575,共7页

通过实验研究不同煤样变形破坏全过程的声发射和电磁辐射效应的演化规律,分析了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号的相关性和煤样变形破坏的微观机理,提出了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号分别是在煤样内的裂纹面滑移和... 通过实验研究不同煤样变形破坏全过程的声发射和电磁辐射效应的演化规律,分析了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号的相关性和煤样变形破坏的微观机理,提出了煤样变形破坏过程中电磁辐射和声发射信号分别是在煤样内的裂纹面滑移和裂纹扩展时产生的观点,较好地解释了煤样变形破坏过程中声电效应的变化规律和特征,为进一步提高电磁辐射及声发射、电磁辐射综合预测煤岩动力灾害的可靠性和准确性提供了理论基础. 展开更多

关键词 煤样变形破坏 电磁辐射 声发射

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