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循环载荷条件下含瓦斯煤渗透率演化规律分析
1
作者 王登科 冯浩航 +6 位作者 魏建平 陈旭 蒋志刚 袁修竹 白云 曹塘根 熊文超 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期151-164,共14页
为了探究不同循环加卸载条件下含瓦斯煤的渗透演化规律,以原煤煤样为研究对象,利用三轴蠕变-渗流实验系统,设计开展了不同围压和不同循环载荷上限条件下的含瓦斯煤循环加卸载实验,研究了弹性循环加卸载和弹塑性循环加卸载条件下含瓦斯... 为了探究不同循环加卸载条件下含瓦斯煤的渗透演化规律,以原煤煤样为研究对象,利用三轴蠕变-渗流实验系统,设计开展了不同围压和不同循环载荷上限条件下的含瓦斯煤循环加卸载实验,研究了弹性循环加卸载和弹塑性循环加卸载条件下含瓦斯煤渗透特性。研究结果表明:对于不同循环载荷上限下的含瓦斯煤,弹性循环加卸载条件下,随着循环次数的增加,渗透率逐渐减小,绝对渗透率损害率逐渐增大,相对渗透率损害率逐渐减小;弹塑性循环加卸载条件下,渗透特性随着循环次数的增加在不同围压下具有差异性,高围压下含瓦斯煤渗透率依旧随循环进行逐渐减小,低围压下含瓦斯煤渗透率随着循环进行呈减小-增大趋势。高围压条件下含瓦斯煤渗透率损害率与弹性循环加卸载条件下相似,低围压下含瓦斯煤的绝对渗透率损害率先是迅速增大随后趋于平稳,相对渗透率损害率先是迅速下降再趋于平稳。在弹性循环加载条件下,加载阶段和卸载阶段含瓦斯煤的渗透率应力敏感性系数均随着循环次数的增加均单调减小,在弹塑性加载条件下,含瓦斯煤的渗透率应力敏感性系数在一定循环次数内仍呈减小趋势,之后随着循环的增加会产生波动和增加。在加载阶段随着循环进行逐渐减小,卸载阶段渗透率应力敏感性系数逐渐增加,但对于弹塑性循环加卸载条件,含瓦斯煤渗透率应力敏感性系数随着围压的增大而降低。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 循环载荷 应力敏感性 渗透性 渗透率损害率
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冲击载荷下含瓦斯煤动力学破坏特征与瓦斯渗流规律分析 被引量：6
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作者 王登科 张力元 +8 位作者 魏建平 都海龙 李振 王志明 董博文 张富凯 尹彦波 张宏图 卫彦昭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1432-1446,共15页
为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内... 为探究不同冲击载荷和瓦斯压力作用下的含瓦斯煤动力学特征、裂隙扩展及瓦斯渗流变化规律,采用含瓦斯煤岩冲击损伤-渗流试验系统开展含瓦斯煤冲击试验以及原位渗流测试,并结合工业CT扫描系统进行试样裂隙结构的三维重构,分析含瓦斯煤内部裂隙扩展特征及其对瓦斯渗流的影响规律。研究结果表明,冲击载荷和瓦斯压力对含瓦斯煤的动力学性质、变形过程、裂隙扩展和渗流规律均具有重要影响,具体表现在:①受围压和轴压的影响,冲击载荷耦合瓦斯压力条件下的含瓦斯煤应力-应变曲线无明显压密阶段;含瓦斯煤的变形过程主要经历了弹性变形阶段、应变强化阶段及破坏阶段。②冲击载荷的增加对含瓦斯煤动力学参数具有强化作用,气体压力的升高则劣化了含瓦斯煤动力学参数;冲击载荷越大,瓦斯压力越高,含瓦斯煤的裂隙扩展愈充分,所形成的裂隙结构愈复杂。③含瓦斯煤的渗流规律受控于裂隙扩展,冲击载荷耦合瓦斯压力作用下,含瓦斯煤中存在孔隙流动、孔隙流动-裂隙流动并存及裂隙流动等3种气体流动形式;含瓦斯煤冲击破坏后,随着气体压力增加以及气楔作用的增强,瓦斯流动形式可由孔隙流动依次转变为孔隙流动-裂隙流动并存和裂隙流动;裂隙扩展和流动形式共同影响含瓦斯煤渗流规律,含瓦斯煤渗透率随瓦斯压力的增大总体上符合先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 冲击载荷 含瓦斯煤动力学破坏特征 工业CT扫描 裂隙扩展 瓦斯渗流规律
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受载原煤中瓦斯的扩散规律 被引量：5
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作者 王登科 王洪磊 +2 位作者 姚邦华 温志辉 贾彦楠 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期10-13,20,共5页
为研究受载原煤中瓦斯的扩散规律,以原煤煤样为实验对象,利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合实验系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了加载–吸附–解吸–再加载直至煤样破坏过程中的瓦斯解吸实验。研究结果表明,受载原煤的解吸量随时间... 为研究受载原煤中瓦斯的扩散规律,以原煤煤样为实验对象,利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合实验系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了加载–吸附–解吸–再加载直至煤样破坏过程中的瓦斯解吸实验。研究结果表明,受载原煤的解吸量随时间变化规律符合颗粒煤瓦斯解吸的数学模型;在恒温恒围压下,随轴压的增大,受载原煤瓦斯的解吸量呈下降趋势;当轴压大于峰值强度后,瓦斯解吸量随轴压迅速增大;受载原煤煤样压密、线弹性阶段瓦斯解吸–运移速度随应力增大而线性减小;当煤样处于屈服阶段和峰值破坏阶段瓦斯解吸–运移速度随应力增大呈指数式增长。研究成果对瓦斯抽采,瓦斯突出机理研究有一定的理论价值。 展开更多
关键词 受载原煤 原煤煤样 解吸规律 破坏 轴压
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孔隙压力梯度对煤的渗透性影响实验 被引量：7
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作者 李波 孙东辉 +1 位作者 魏建平 张路路 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期35-40,共6页
为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果... 为了研究煤体渗透率与压力梯度之间的关系,在考虑煤体吸附变形的基础上建立了煤体渗透率与瓦斯压力梯度的数学模型,并在恒温条件下进行同一压力梯度不同吸附平衡压力的条件下和同一吸附平衡压力不同压力梯度条件下的渗流实验。研究结果表明:在较低的孔隙压力条件下,煤体渗透率随着吸附平衡压力和压力梯度的增加而减小;建立的渗透率动态演化模型能够较好地描述煤层瓦斯抽采过程中瓦斯的流动规律。研究结果可以为我国煤矿瓦斯治理和抽采工作提供一定的理论支撑,具有一定的指导和实践意义。 展开更多
关键词 渗透率 压力梯度 瓦斯 吸附平衡
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水浸干燥后煤的孔隙结构及瓦斯吸附特性变化规律 被引量：7
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作者 司磊磊 席宇君 +2 位作者 王洪洋 温志辉 魏建平 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期100-107,共8页
在富含水煤系或水力措施后的煤层中,受水溶液的浸泡,煤的孔隙结构及吸附特性发生改变,为了深入研究其变化规律,在实验室利用蒸馏水对2种不同变质程度煤样进行了长时间(60 d)浸泡,采用低温N 2吸附实验和CO_(2)吸附实验测试水浸前后煤样... 在富含水煤系或水力措施后的煤层中,受水溶液的浸泡,煤的孔隙结构及吸附特性发生改变,为了深入研究其变化规律,在实验室利用蒸馏水对2种不同变质程度煤样进行了长时间(60 d)浸泡,采用低温N 2吸附实验和CO_(2)吸附实验测试水浸前后煤样的孔隙结构变化规律,采用高压容量法测试水浸前后煤样的瓦斯吸附特性。结果表明,水浸干燥后煤体孔容和比表面积总体呈降低趋势。其中,低温N 2吸附实验结果表明,煤体中大中孔的比表面积最高可降低48.9%;CO_(2)吸附实验结果表明,水浸干燥后2种煤样的微孔孔容和比表面积也呈不同程度的降低趋势。将水浸煤样孔隙结构变化分为3个阶段,即矿物质溶出“增孔”阶段、煤基质局部膨胀变形“缩孔”阶段和煤基质整体溶胀变形“扩孔”阶段。此外,水浸干燥后煤对瓦斯的吸附能力下降,主要是由于水浸促使煤体产生膨胀变形,且导致微孔隙相互连通,从而降低了煤体微孔孔容和比表面积,降低瓦斯吸附能力。研究成果对进一步掌握富含水煤系或水力化措施后煤层的瓦斯抽采具有指导意义。 展开更多
关键词 水浸 比表面积 孔容 孔隙结构 等温吸附
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基于VRA-UNet网络的煤岩组合体裂隙识别与三维重构
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作者 王登科 王龙航 +6 位作者 秦亚光 位乐 曹塘根 李文睿 李璐 陈旭 夏玉玲 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期96-108,共13页
在煤岩组合体裂隙三维重构中,针对传统阈值分割方法无法准确确定煤岩之间的阈值大小从而导致裂隙分割效果不佳的问题,基于深度学习理论提出了一种新型VRA-UNet煤岩组合体裂隙精确识别模型,为煤岩组合体裂隙精确识别提供了一种优化解决... 在煤岩组合体裂隙三维重构中,针对传统阈值分割方法无法准确确定煤岩之间的阈值大小从而导致裂隙分割效果不佳的问题,基于深度学习理论提出了一种新型VRA-UNet煤岩组合体裂隙精确识别模型,为煤岩组合体裂隙精确识别提供了一种优化解决方案。为了提升模型的泛化能力和防止初始化模型参数过于随机,使用VGG16模块作为骨干特征提取网络。针对煤岩组合体裂隙拓扑结构复杂,非均匀性强等问题,在上采样部分引入使用残差连接且具有空间维度和通道维度的注意力模块(ResCBAM)增强模型特征提取能力,缓解模型梯度消失的问题。在下采样的末端加入了利用不同尺度卷积核的非对称空洞金字塔模块(AC-ASPP),通过多尺度的特征提取,提高模型对不同大小裂隙的识别能力。同时,利用煤岩组合体CT扫描图像数据集验证了模型的有效性。研究结果表明:VRA-UNet模型在裂隙提取和识别方面性能良好,平均交并比、像素平均值及识别精度分别为85.22%、90.80%和91.95%;与主流的分割网络UNet、PSPNet、DeeplabV3+、FCN和SegNet相比,VRA-UNet模型的平均交并比分别提高了6.05%、16.7%、10.77%、6.87%和6.4%,像素平均值分别提高了7.13%、13.29%、12.84%、7.4%和7.53%,识别精度分别提高了3.82%、14.45%、7.4%、5.58%和4.31%;VRA-UNet识别出的裂隙结构分形维数与原始CT扫描裂隙结构分形维数保持了良好的一致性,真实还原了煤岩组合体内部裂隙结构的分布特征。 展开更多
关键词 煤岩组合体 裂隙识别 裂隙重构 卷积神经网络 分形维数
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气体性质和孔隙压力对煤体微裂隙扩展的影响 被引量：7
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作者 王登科 庞晓非 +6 位作者 魏建平 张宏图 姚邦华 位乐 郭玉杰 袁明羽 唐家豪 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期183-192,共10页
利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比... 利用工业CT扫描系统,观测不同气体压力条件下煤体内部微裂隙萌生扩展特点,为揭示煤层瓦斯流动产出控制因素提供新的依据。结果表明:非吸附性气体作用下,随孔隙压力的升高,煤体内部微裂隙的萌生和扩展愈加明显,裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐减小,符合气体压力影响下的裂隙扩展方程,微裂隙扩展主要受控于应力集中效应和煤基质收缩效应。吸附性气体作用下,随吸附时间的延长,煤体内部微裂隙的萌生和扩展则越来越显著,直至扩展平衡;裂隙体积和裂隙面积百分比增长率随之逐渐变小,符合吸附时间影响下的裂隙扩展方程;裂隙扩展主要受应力集中效应、煤基质收缩效应、蚀损作用和劣化机制影响;吸附压力越大,煤体所需的吸附平衡时间愈长;微裂隙扩展平衡时间长于气体吸附平衡时间,裂隙扩展具有明显的滞后性。 展开更多
关键词 气体压力 微裂隙 裂隙扩展 工业CT扫描 吸附劣化
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