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题名激波脉动荷载作用下煤岩体动态损伤特征
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作者
鲍先凯
姜斌
张武
宋翔宇
赵金昌
于超云
张童
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机构
内蒙古科技大学土木工程学院
内蒙古科技大学内蒙古自治区建筑结构防灾减灾工程技术研究中心
内蒙古科技大学内蒙古自治区土木工程安全与耐久重点实验室
太原理工大学矿业工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
CSCD
北大核心
2024年第12期204-223,共20页
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基金
内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2024LHMS05044)
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2024XKJX009)
中央支持地方高校改革发展项目-学科建设-土木工程提质培育学科建设资助项目(0404052401)。
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文摘
为了研究水中高压电脉冲激波脉动荷载特性及其作用下的煤岩体动态损伤特征,开展了真三轴煤岩体压裂试验。试验研究了不同水压、电压条件下的水激波峰值压力、冲击荷载、加载速率等水激波加载特性,探究了煤岩体钻孔侧壁环向有效应力与动态抗拉强度的关系,同时揭露了煤岩体裂纹起裂应力、扩展角与地应力、水压力、脉冲激波之间的关系。基于CT扫描和ABAQUS数值模拟计算不同液电参数下的煤岩体损伤变量,进而评价煤岩体动态损伤和裂纹起裂扩展形态及演化特征。结果表明:脉冲水激波峰值压力随着放大电压和水压的增加而迅速增加,加载速率随放电电压增加而增加,随水压增加而减小;相对于水压变化,放电电压的变化对水激波峰值压力及其加载速率影响更大;数值模拟与室内试验所得结果吻合度较高,二者从细、微观角度互相印证了随着水压、放电电压的增加,煤岩体的损伤变量增加明显,损伤致裂程度加剧,裂纹数量、扩展长度、开度、复杂程度变化明显,其中放电电压的改变对煤岩体的损伤影响尤其明显。研究结果可以为我国水中高压电脉冲压裂煤岩体,高效抽采煤层气提供指导。
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关键词
水激波
加载速率
损伤变量
动态损伤
高压电脉冲水力压裂
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Keywords
water shock wave
loading rate
damage variables
dynamic damage
high-voltage electric pulse hydraulic fracturing
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分类号
TD315
[矿业工程—矿井建设]
TU452
[建筑科学—岩土工程]
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题名水中高压电脉冲压裂煤岩体裂纹断裂演化特征
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作者
鲍先凯
张童
崔广芹
姜斌
张晓凡
乔建龙
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机构
内蒙古科技大学土木工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
2025年第4期324-337,共14页
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基金
内蒙古科技大学基本科研业务费专项资金资助项目(2024XKJX009)
内蒙古科技大学建研所开放基金资助项目(JYSJJ-2021M19,JYSJJ-2021Q03)。
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文摘
水中高压电脉冲压裂煤岩储层是提高煤层气开采效率的重要手段。为研究水中高压电脉冲压裂煤岩体过程中的裂纹断裂演化特征及规律,基于声发射技术,通过开展水中高压电脉冲压裂煤岩体试验,利用振铃、能量定量分析了不同放电电压作用下裂纹断裂演化特征,利用事件分布以及分形维数分析了裂纹发育扩展规律,结合PFC_(2D)颗粒流数值模拟,与试验声发射参数对比,进一步从细观尺度研究了裂纹起裂扩展形态特征。结果表明:静水压一定的条件下,不同放电电压致裂煤岩体存在最佳放电次数,煤岩体试件声发射累积振铃计数、最大振铃计数以及累积能量达到峰值,达到最佳放电次数后继续放电,各参数逐渐减小。随着放电电压、放电次数增加,煤岩体内部形成大量微裂纹和多条斜向45°的X形主裂纹,达到最佳放电次数后继续放电,微裂纹数量、规模、密集程度基本不再增加,而贯通性主裂纹进一步发育、扩展,长度继续增加。随着放电次数增加,分形维数值逐渐减小,裂纹逐渐从随机、无序性微裂纹向有序性、贯通性主裂纹调整,裂纹复杂程度逐渐减小。数值模拟结果显示:钻孔水中放电后煤岩体钻孔周围形成了大量微裂纹和数量不等的主、次裂纹,随着放电电压和放电次数的增加,主裂纹长度增加明显。研究结果可为水中高压电脉冲压裂煤岩储层技术应用提供理论支撑。
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关键词
水中高压放电
声发射
裂纹断裂演化
PFC^(2D)数值模拟
致裂效果
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Keywords
high-voltage discharge in water
acoustic emission
crack fracture evolution
PFC^(2D)
fracturing effect
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分类号
TE371
[石油与天然气工程]
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题名组合电压水中放电致裂煤岩体损伤及裂纹扩展演化规律
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作者
鲍先凯
乔建龙
崔广芹
王凌宇
田保龙
王李智
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机构
内蒙古科技大学土木工程学院
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出处
《煤炭科学技术》
2025年第3期248-263,共16页
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基金
内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2024XKJX009)
内蒙古自治区自然基金资助项目(2024 LHMS05044)
中央支持地方高校改革发展项目-学科建设-土木工程提质培育学科建设资助项目(0404052401)。
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文摘
为探究组合电压水中放电对煤岩体的损伤作用及裂纹扩展演化规律,在煤岩体钻孔水中(静水压为3 MPa)进行组合电压放电试验,并利用声发射技术(AE)和PFC2D数值模拟分析组合电压放电作用下煤岩体损伤和裂纹发育特征及不同因素对致裂效果的影响。研究结果表明:单一电压作用下,AE最大振铃计数、累计振铃计数随着放电次数的增加整体上呈现减小的趋势;组合电压作用下,AE最大振铃计数及累计振铃计数在改变电压时急剧增加,AE最大振铃计数增幅179.6%,累计振铃计数增幅124.3%,振铃计数总量增长趋势比单一电压放电更快。单一放电电压作用下,达到一定放电次数后再次放电基本不再产生新生事件;组合电压可以使AE事件数量在改变电压后急剧增加,新生的事件源幅值更高,分布范围更广,事件的增加趋势明显高于单一放电。组合电压放电在改变电压时,产生大量新生裂纹,且放电产生的能量被优先用于新生裂纹的扩展,最终放电12次后裂纹相比单一电压放电,产生的主裂纹数量更多,且各主裂纹长度相差较小,更均匀,致裂效果更好。在组合电压放电中,不同电压跃迁次数及电压梯度下的裂纹均是在改变电压时增长增长较多,最终放电12次后各组的裂纹数量相差较小;随着电压跃迁次数及电压梯度的增加,外界输入能量越小,但裂纹增长趋势越快,主裂纹数量越多,长度分布越均匀。
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关键词
组合电压
水中放电
裂纹扩展演化
PFC2D
致裂效果
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Keywords
combined voltage
discharge in water
crack propagation evolution
PFC2D
fracturing effect
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分类号
TE371
[石油与天然气工程]
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