考虑气、水吸附及应力的各向异性渗透率模型 被引量：1

1

作者 张小雨 李波波 +3 位作者 李建华 贾荔丹 丁云娜 宋浩晟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期280-290,共11页

煤层气作为非常规天然气资源,合理的开发利用有利于减少瓦斯涌出推进清洁能源低碳化发展,消除重大瓦斯事故隐患。然而,由于煤岩内部结构的各向异性及其所处的气水共存环境使瓦斯渗流行为变得十分复杂。为探究抽采过程中瓦斯渗流规律,基... 煤层气作为非常规天然气资源,合理的开发利用有利于减少瓦斯涌出推进清洁能源低碳化发展,消除重大瓦斯事故隐患。然而,由于煤岩内部结构的各向异性及其所处的气水共存环境使瓦斯渗流行为变得十分复杂。为探究抽采过程中瓦斯渗流规律,基于煤岩各向异性的结构特征及立方定律,构建考虑含水率、气体压力和应力多因素影响的各向异性渗透率模型。提出吸气膨胀参数Cs和吸水膨胀参数C_(θ),对基质吸附气体诱导的膨胀变形和基质吸附水分诱导的膨胀变形进行量化。利用公开发表的试验数据与本文渗透率模型的计算值进行对比,模型计算结果与试验数据变化规律一致,所建模型较好地反映气、水吸附与应力协同作用下瓦斯渗流特性。研究结果表明:在真三轴应力作用下,不同方向的渗透率存在差异,气体渗流表现出较强的各向异性;恒定气体压力及外应力下,渗透率随含水率的增大呈减小的变化趋势;渗透率随含水率的变化与C_(θ)随含水率的变化呈相反的趋势,与Cs随气体压力的变化呈相同的趋势;在敏感性分析中,分别对吸气膨胀参数Cs、吸水膨胀参数C_(θ)及孔隙度φ进行10%的正负扰动,发现C_(θ)对煤岩渗透率演化的影响最大,孔隙度φ对煤岩渗透率演化的影响最小。研究结果可为准确评估煤岩渗透率提供理论依据,同时也为提高瓦斯抽采率提供理论指导。 展开更多

关键词 各向异性 渗透率 含水率 应力 瓦斯抽采

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基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性影响研究及工程应用 被引量：17

2

作者 高林 刘鹏泽 +2 位作者 张盼栋 吴桂义 康向涛 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期73-80,共8页

倾斜煤层沿空半煤岩巷由于围岩结构的非对称性和非均质性,受采掘扰动影响,巷道围岩呈现更严重的变形破坏。为揭示不同基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响规律,采用数值模拟方法针对该类巷道4种基本顶断裂形式下巷道... 倾斜煤层沿空半煤岩巷由于围岩结构的非对称性和非均质性,受采掘扰动影响,巷道围岩呈现更严重的变形破坏。为揭示不同基本顶断裂形式对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响规律,采用数值模拟方法针对该类巷道4种基本顶断裂形式下巷道围岩变形特征进行了研究。结果表明:基本顶断裂线位置对该类巷道围岩稳定性的影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤柱上方、实体煤侧、巷道上方;基本顶断裂线位于采空区侧时,煤柱轴向、横向应力增速均小于其他情况,垂直位移也最小,煤柱变形在允许范围内,可保持后期对顶板的支承能力,对巷道维护最有利。在此基础上,以贵州某矿1511工作面回风巷为工程背景进行了工业试验,通过理论计算和现场钻孔探测综合分析得出,为避免基本顶断裂线位于煤柱上方靠巷道侧,下一步掘进时煤柱宽度应由3 m改为5 m。掘采期间断面检测结果显示,断面最大收缩率为23.3%,最大非对称变形率为5.2%,巷道整体均匀协调变形,进一步验证了研究成果的可靠性。 展开更多

关键词 围岩稳定性 半煤岩巷道 基本顶断裂位置 影响规律 沿空掘巷 煤柱宽度 倾斜煤层

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考虑裂隙粗糙度的煤岩滑脱效应及渗透率演化机制研究

3

作者 曾星艺 李波波 +3 位作者 李建华 段淑蕾 丁云娜 杨竣淞 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期120-129,共10页

为探究煤岩裂隙表面粗糙度对煤岩渗透特性的影响,选取贵州省六盘水地区煤样,首先开展了扫描电镜和低温氮气吸附试验联合表征煤岩孔裂隙结构,通过Hurst理论初步分析煤岩表面粗糙度;在此基础上,利用分形理论进一步定量表征煤岩裂隙表面相... 为探究煤岩裂隙表面粗糙度对煤岩渗透特性的影响,选取贵州省六盘水地区煤样,首先开展了扫描电镜和低温氮气吸附试验联合表征煤岩孔裂隙结构,通过Hurst理论初步分析煤岩表面粗糙度;在此基础上,利用分形理论进一步定量表征煤岩裂隙表面相对粗糙度,建立综合考虑应力、滑脱效应及裂隙表面相对粗糙度的煤岩表观渗透率理论模型,并探讨了裂隙表面相对粗糙度对气体滑脱系数的影响,通过煤岩渗透率的实验室测试结果进行验证和分析。研究结果表明:①通过扫描电镜试验观测到孔裂隙结构表面存在粗糙微元,同时低温氮气吸附试验结果表明,煤岩孔裂隙结构发育,存在分形特征且非均质性较强。②煤岩裂隙表面相对粗糙度随粗糙微元分形维数的增大而增大。当粗糙微元分形维数恒定时,裂隙表面相对粗糙度随粗糙微元的尺度比例ε的增大而减小,煤岩裂隙开度b越小,裂隙表面相对粗糙度对裂隙开度越敏感。③随着裂隙表面相对粗糙度的增大,滑脱效应增强。④在初始滑脱系数相同时,随着孔隙压力的增大,煤岩表观渗透率逐步降低而趋向平缓。滑脱效应对煤岩渗透起促进作用,滑脱系数越大,其作用效应越强。 展开更多

关键词 六盘水煤矿 吸附模型 粗糙度 滑脱效应 渗透率模型

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不同因素影响下煤岩组合锚固体锚杆锚固性能研究

4

作者 赵芳昊 高林 +3 位作者 赵爽 唐仕贤 高昌思 莫飞龙 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期132-139,共8页

为了提高煤岩巷道复杂地质条件下锚固支护效果,针对煤岩巷道支护中锚杆锚固性能的关键影响因素展开了相关研究。首先,获取了典型矿井不同煤层及顶底板岩层的物理力学参数,并结合空心包体应力解除法测得巷道地应力分布;接着,基于实测数... 为了提高煤岩巷道复杂地质条件下锚固支护效果,针对煤岩巷道支护中锚杆锚固性能的关键影响因素展开了相关研究。首先,获取了典型矿井不同煤层及顶底板岩层的物理力学参数,并结合空心包体应力解除法测得巷道地应力分布;接着,基于实测数据建立数值模型,反演掘采过程中锚杆工作环境的应力状态,确定围压范围为0~15 MPa;然后,通过室内试验系统地分析了不同煤岩强度比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、围压条件(0、5、10和15 MPa)以及穿层锚固方式(煤-岩、岩-煤)对煤岩组合锚固体锚杆承载性能的影响规律。研究结果表明:随着煤岩强度比的增加,锚杆的极限拉拔载荷显著提升,从1∶2条件下的45.4 kN增长到1∶5条件下的68.79 kN;围压增大能有效增强锚固体稳定性,极限载荷从0 MPa时的34.52 kN提升至15 MPa时的77.55 kN;煤-岩穿层方式相比于岩-煤方式具有更优的锚固性能,极限拉拔载荷较岩-煤试样提高28.3%,并且在残余承载阶段没有明显的二次破坏。 展开更多

关键词 煤岩组合锚固体 拉拔试验 锚固性能 声发射

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不同层理倾角煤岩损伤破裂机制及能量响应

5

作者 柏耀宗 李波波 +3 位作者 任崇鸿 李建华 叶平平 王恒宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期109-125,共17页

由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响。基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量... 由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响。基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,定量表征了层理倾角与损伤变量、各峰值能量之间的对应关系,探究了荷载作用下层理倾角对煤岩力学和能量响应特征的影响。研究结果表明:(1)不同层理倾角煤岩的能量转换均呈现阶段性演化,分别对应不同破坏阶段;在恒轴压卸围压及不同围压三轴压缩条件下,随层理倾角的增大,峰值弹性能及耗散能均表现出先减小后增大的“U”形趋势,与煤岩峰值强度随层理倾角的变化基本对应,两种条件下层理倾角分别为60°~90°、45°~90°时变化最为敏感,表现为能量角度的各向异性。(2)根据不同层理倾角煤岩能量耗散过程,进一步构建了考虑层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,并引用公开发表的试验数据进行验证和分析,结果显示,该模型能够较好地描述不同层理倾角煤岩在常规三轴压缩、恒轴压卸围压等荷载条件下的煤岩变形破坏特征,表明所构建的模型具有较好的适用性。(3)不同层理倾角煤岩耗散能Ud与损伤变量D的演化具有较好的一致性。随轴向应变的增大,二者均经历了由缓到急再趋于平缓的过程,总体呈“S”形变化趋势;随层理倾角的增加,损伤变量D与耗散能Ud均呈现出先减小后增加的“U”形趋势,当层理倾角为90°时,煤岩峰值耗散能Ud与损伤变量D均达最大值,煤岩极易发生破坏。研究结果可为探寻矿压显现规律、煤巷帮部失稳诱发机理和防治冲击地压等矿井灾害提供参考。 展开更多

关键词 层理倾角煤岩 能量演化 损伤本构方程 破裂机制

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含水页岩甲烷吸附特性及热力学特征研究 被引量：2

6

作者 杨竣淞 李波波 +3 位作者 李建华 高政 宋浩晟 段淑蕾 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期95-105,共11页

页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响。为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为。在此基... 页岩储层普遍含水,水分对页岩气体吸附行为和地质储量评估具有显著影响。为探究水分对页岩吸附行为的影响规律,构建了考虑含水率影响的吸附模型,结合多组试验数据对新建模型的合理性进行验证,并进一步剖析了含水页岩的吸附行为。在此基础上,讨论了不同吸附机制对页岩中甲烷等温吸附的贡献,并通过热力学参数对比了干湿页岩中吸附热力学特性。结果表明:在气体压力变化过程中,甲烷气体吸附量呈典型的“三段式”变化。其中,水分对甲烷吸附量具有抑制作用,含水页岩吸附量显著低于干燥页岩,页岩吸附量随含水率的增大呈降低趋势。此外,温度同样对甲烷吸附具有抑制作用,当含水率恒定时,随温度升高页岩吸附能力呈降低趋势。同时,不同吸附机制对吸附量的贡献受到水分和压力的共同影响,压力和含水率越高,微孔填充吸附量对总吸附量的贡献率越低。热力学参数表明干燥页岩与含水页岩的甲烷吸附均为物理吸附,同一吸附量下,干燥页岩等量吸附热始终高于含水页岩。水分通过改变页岩非均一性占据高能吸附位点同时影响分子间作用力,综合作用下使得等量吸附热降低,进而导致含水页岩吸附能力降低。研究结果有助于页岩吸附气量的准确计算,并为页岩气藏开发方案和编制提供理论依据。 展开更多

关键词 含水页岩 吸附模型 甲烷吸附量 多重吸附机制 热力学

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煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究 被引量：21

7

作者 李波波 王斌 +3 位作者 杨康 任崇鸿 袁梅 许江 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期226-231,共6页

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情... 为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。 展开更多

关键词 电镜扫描 孔裂隙结构 盒维数 渗透率 孔隙直径 孔裂隙分形特征 孔隙压力

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动压影响半煤岩上山变形机制及修复技术 被引量：6

8

作者 高林 王家臣 +2 位作者 孔德中 吴桂义 马振乾 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期67-73,共7页

为解决动压影响下巷道围岩控制难题,以贵州某矿半煤岩运煤上山为工程背景,基于现场调研,明确此类巷道围岩变形的主要特征;通过数值模拟分析,得出近距离煤层群重复采动下半煤岩上山围岩塑性区、应力场与位移场的时空分布特征;通过理论分... 为解决动压影响下巷道围岩控制难题,以贵州某矿半煤岩运煤上山为工程背景,基于现场调研,明确此类巷道围岩变形的主要特征;通过数值模拟分析,得出近距离煤层群重复采动下半煤岩上山围岩塑性区、应力场与位移场的时空分布特征;通过理论分析得出煤岩分界面剪切滑移错动的发生条件;基于"叠加拱承载结构"作用原理,分析得出原"锚网喷+锚索"支护的失效机制为主压缩拱消失和次压缩拱作用受限;针对性地提出巷道修复原则及以"套棚灌浆+非对称穿层斜拉锁棚锚索"协同控制为核心的修复方案。实践表明:所提修复方案可以有效控制巷道围岩非对称大变形。 展开更多

关键词 重复采动 半煤岩巷道 煤岩分界面 套棚灌浆 锁棚锚索

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水-力耦合下煤岩力学特性及损伤本构模型研究 被引量：28

9

作者 李波波 王忠晖 +3 位作者 任崇鸿 张尧 许江 李建华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期315-323,332,共10页

为探究水分对煤岩力学特性的影响,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同含水率下原煤三轴压缩试验研究。基于弹性损伤力学,推导表征不同含水率下煤岩整体损伤的损伤变量,建立水-力耦合作用下煤岩分段损伤本构模型,得... 为探究水分对煤岩力学特性的影响,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同含水率下原煤三轴压缩试验研究。基于弹性损伤力学,推导表征不同含水率下煤岩整体损伤的损伤变量,建立水-力耦合作用下煤岩分段损伤本构模型,得到煤岩的变形随含水率的变化规律。结果表明:(1)不同含水率下煤岩的变形规律基本一致,破坏过程可分为峰前应力阶段、峰后应力阶段和残余阶段;(2)随着含水率增大,煤岩受水分作用峰值应力降低,泊松比增大,弹性模量均呈线性单调减小,煤岩脆性逐渐减小;(3)所建立的损伤本构模型可以较好地表征不同含水率下全应力-应变过程中的变形特征,适用于分析不同含水率下煤体三轴压缩应力应变问题;(4)损伤修正系数q和损伤本构系数n共同决定了损伤本构模型的曲线形状,q反映了煤岩残余变形的特征,n反映了应力-应变曲线的峰后不同的软化程度。 展开更多

关键词 煤岩 损伤 含水率 本构关系 水-力耦合

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煤岩基质-裂隙相互作用下渗透特性研究 被引量：4

10

作者 王斌 李波波 +4 位作者 许石青 高政 许江 张尧 陈帅 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期110-115,共6页

为研究煤层气开采过程中温度、气体压力对煤岩吸附和渗流特性的影响,利用等温吸附试验装置与含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别进行等温吸附试验及不同温度条件下变气体压力的三轴渗流试验。考虑应力作用下毛细管分形特征,建立了裂隙体积... 为研究煤层气开采过程中温度、气体压力对煤岩吸附和渗流特性的影响,利用等温吸附试验装置与含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别进行等温吸附试验及不同温度条件下变气体压力的三轴渗流试验。考虑应力作用下毛细管分形特征,建立了裂隙体积应力敏感性模型,并在此基础上建立考虑煤基质内部膨胀变形、温度及气体压力变化的煤岩渗透率模型。结果表明:①在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩瓦斯吸附量逐渐增大,但吸附速率呈相反趋势。在相同气体压力下,随着温度升高,瓦斯吸附量呈下降趋势。当有效应力恒定时,煤岩吸附变形量随着气体压力增大而增大,并且随着温度增大而减少。②在外部应力作用下,煤岩内部毛细管侧面发生收缩并产生径向延展。新建裂隙体积应力敏感性模型计算得到的裂隙压缩系数与实验室所得值在同一数量级,并随有效应力升高呈下降趋势。③新建渗透率模型能较好反映不同温度、气体压力下渗透率演化规律。在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩渗透率先急剧下降后趋于平缓,孔裂隙周围基质膨胀变形对于渗透率的影响逐渐降低。 展开更多

关键词 温度 气体压力 裂隙压缩性 等温吸附 渗透率

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瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型 被引量：6

11

作者 李波波 吴学海 +3 位作者 任崇鸿 许江 张尧 高政 《中国安全科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第7期76-81,共6页

为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损... 为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型,通过试验结果验证该模型的合理性。结果表明:煤岩在塑性变形阶段前累计损伤几乎为0,峰后损伤程度迅速增大;随着瓦斯压力升高,煤岩峰值强度与弹性模量均降低,瓦斯气体作用后煤岩初始损伤量显著增加;煤岩黏聚力随瓦斯压力升高而呈线性降低,通过黏聚力与瓦斯压力的关系修正Mohr-Coulomb准则,可量化考虑瓦斯气体劣化后的煤岩应力应变关系;所建模型与试验结果吻合度较高,可反映不同瓦斯压力作用下煤岩损伤演化过程。 展开更多

关键词 瓦斯气体 劣化-荷载 煤岩损伤 本构模型 黏聚力 MOHR-COULOMB准则

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不同温度与压力下瓦斯的吸附-热力学特性研究 被引量：3

12

作者 李波波 高政 +3 位作者 李建华 任崇鸿 王斌 张尧 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2479-2488,共10页

为研究不同温度和气体压力下煤岩吸附瓦斯行为及热力学特性,考虑真实气体行为和吸附相的影响,进一步修正L-F模型以量化煤岩吸附能力,通过不同温度和压力条件吸附数据验证新修正吸附模型的适用性。并以此计算煤岩等量吸附热,探讨温度和... 为研究不同温度和气体压力下煤岩吸附瓦斯行为及热力学特性,考虑真实气体行为和吸附相的影响,进一步修正L-F模型以量化煤岩吸附能力,通过不同温度和压力条件吸附数据验证新修正吸附模型的适用性。并以此计算煤岩等量吸附热,探讨温度和气体压力(吸附量)对等量吸附热的影响。结果表明,新修正的吸附模型能较好地表征低、中、高气体压力试验范围下的等温吸附行为,且较原L-F模型能够更精确地预测其他条件吸附量。煤岩吸附瓦斯过程中等量吸附热的绝对值随温度和吸附量升高均呈降低趋势,但气体压力处于亨利定律区域时,其对应等量吸附热并未展现出对温度和吸附量的依赖性,该值可作为评价煤岩在低压区域内吸附瓦斯亲和力的唯一指标。 展开更多

关键词 安全工程 煤岩 吸附 温度 等量吸附热 亨利定律

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考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率演化机理 被引量：3

13

作者 李波波 陈帅 +2 位作者 杨康 李建华 任崇鸿 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期201-209,共9页

为模拟页岩气抽采过程中孔隙压力对其吸附特性和渗透特性的影响,通过吸附及多孔弹性理论,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,并进一步建立考虑气体传输影响的页岩表观渗透率模型,通过试验数据验证其合理性。结果表明,1)随孔隙压力逐渐升高,... 为模拟页岩气抽采过程中孔隙压力对其吸附特性和渗透特性的影响,通过吸附及多孔弹性理论,建立考虑过剩吸附量的吸附模型,并进一步建立考虑气体传输影响的页岩表观渗透率模型,通过试验数据验证其合理性。结果表明,1)随孔隙压力逐渐升高,页岩过剩吸附量呈先快速增加后趋于平缓的变化趋势;随温度升高,其吸附量呈降低趋势。考虑过剩吸附量和温度修正的吸附模型计算结果与试验所测结果吻合较好,且能较好地反映不同温度下页岩过剩吸附量与孔隙压力的关系。2)页岩气体吸附过程中产生的基质膨胀变形量随孔隙压力升高而升高,且温度较低时的气体吸附变形量大于温度较高时的变形量。3)在有效应力恒定的条件下,CH_(4)和He的表观渗透率随努森数增大而减小。相同孔隙压力条件下,随有效应力升高CH4和He的表观渗透率均呈降低的趋势,且页岩表观渗透率对有效应力的敏感程度随孔隙压力升高而降低。相同有效应力条件下,充入He的页岩表观渗透率均大于充入CH4的页岩表观渗透率。4)构建考虑气体传输和应力耦合作用的页岩表观渗透率模型,模型计算的渗透率与实测值具有良好的一致性,能较好地表征不同外应力条件下的页岩表观渗透率演化规律。 展开更多

关键词 安全工程 页岩 应力 气体传输 渗透率

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大相似比模型试验用超高强相似材料配比试验研究 被引量：11

14

作者 战新宇 高林 +3 位作者 赵芳昊 汪永印 刘萍 韩森 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期109-118,共10页

物理材料相似模拟试验是岩土工程领域中一种常用的研究手段,选择合适的相似材料并确定其配比是成功模拟原型工程的关键。现有相似材料多是针对几何相似比较小(1∶250~1∶25)的相似模拟试验研制,其强度普遍较小(0.2~7.6 MPa),难以满足较... 物理材料相似模拟试验是岩土工程领域中一种常用的研究手段,选择合适的相似材料并确定其配比是成功模拟原型工程的关键。现有相似材料多是针对几何相似比较小(1∶250~1∶25)的相似模拟试验研制,其强度普遍较小(0.2~7.6 MPa),难以满足较大相似比模型试验的需求。因此,为配制出强度在10 MPa以上的适合较大相似比模型试验的超高强相似材料,选择河砂、重晶石、石膏及不同强度等级的水泥作为模型试验的相似材料原料,以骨胶比、水泥石膏比、重晶石含量及水泥强度等级为正交试验的4个因素,共设计25组不同材料配比方案。根据试验要求制备各类相似模拟试件并开展相应的岩石力学试验,获得不同配比相似材料的基本物理力学参数。结果表明:试验所得相似材料力学参数变化区间较大,抗压强度为3.017~48.179 MPa,能满足较大相似比下超高强度相似模拟试验的需求;通过直观分析法分析各因素对相似材料物理力学参数的敏感性和影响规律,发现重晶石含量对相似材料密度起主要控制作用,骨胶比对相似材料抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内摩擦角起主要控制作用,水泥石膏比对相似材料黏聚力起主要控制作用;运用SPSS软件对相似材料配比正交试验结果进行回归分析,得出超高强相似材料配比的经验公式并进行工程应用,所得公式可为快速确定水泥石膏砂相似材料的配比提供理论依据。 展开更多

关键词 相似模拟 超高强相似材料 正交试验 材料配比 控制因素 回归分析

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倾斜煤层沿空半煤岩巷断面形状优化研究 被引量：7

15

作者 许帅 高林 +5 位作者 刘鹏泽 张盼栋 刘萍 马振乾 康向涛 汪永印 《煤炭工程》 北大核心 2022年第8期122-128,共7页

为了揭示不同开挖断面形状对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响,进而指导该类巷道断面优化设计,基于数值模拟方法,针对斜顶梯形、直墙半圆拱形和斜墙弧顶形三种类型巷道断面开挖之后的围岩塑性区分布规律及变形特征进行了研究。结... 为了揭示不同开挖断面形状对倾斜煤层沿空半煤岩巷围岩稳定性的影响,进而指导该类巷道断面优化设计,基于数值模拟方法,针对斜顶梯形、直墙半圆拱形和斜墙弧顶形三种类型巷道断面开挖之后的围岩塑性区分布规律及变形特征进行了研究。结果表明:与斜顶梯形和直墙半圆拱形相比,斜墙弧顶形断面开挖更有利于倾斜煤层沿空半煤岩围岩变形控制;不同斜墙外扎角度的斜墙弧顶形断面巷道开挖对围岩变形破坏的影响有所差异,外扎10°的斜墙弧顶形断面在开挖之后围岩变形量最小,为该类巷道掘进时相对理想的设计断面形状。基于上述成果,确定贵州土城矿1511回风巷采用斜墙(外扎10°)弧顶形断面开挖,激光巷道断面检测仪变形检测结果显示,服务期间断面最大收缩率仅为23.3%,巷道围岩整体均匀变形,进一步验证了研究结果的可靠性。 展开更多

关键词 巷道断面形状 倾斜煤层 半煤岩巷 沿空掘巷

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不同孔隙压力和围压下煤岩渗透及力学特性试验研究 被引量：7

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作者 付佳乐 李波波 +3 位作者 高政 吴学海 王忠晖 许江 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期150-159,共10页

随着煤矿开采深度不断增大,煤岩力学性质响应和瓦斯运移机制变得异常复杂。为探究工程上先抽后采一体化作业下煤岩损伤演化规律和瓦斯渗流机制,以重庆松藻煤矿K2煤层型煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对同... 随着煤矿开采深度不断增大,煤岩力学性质响应和瓦斯运移机制变得异常复杂。为探究工程上先抽后采一体化作业下煤岩损伤演化规律和瓦斯渗流机制,以重庆松藻煤矿K2煤层型煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对同一试件先后进行了降孔隙压力渗流试验和三轴压缩-渗流试验。根据弹塑性理论,推导表征煤岩全应力应变关系的统计损伤本构模型,进一步构建考虑损伤作用下煤岩渗透率模型。研究结果表明:在降孔隙压力渗流试验中,恒定外应力条件下的煤岩渗透率随孔隙压力降低呈现出先平缓上升后急剧上升趋势。在此过程中,煤岩渗透率变化受有效应力和瓦斯解吸相互竞争影响;在三轴压缩-渗流试验过程中,不同围压下煤岩变形阶段特征基本相似,随着围压增大,煤岩力学性质得到强化。煤岩渗透率曲线随轴向应变增大呈负指数函数变化;损伤变量曲线和塑性应变曲线随轴向应变增大均呈现先缓慢升高后急剧升高趋势,损伤演化过程与煤岩变形破坏各阶段全应力应变曲线相对应;通过与试验数据对比验证所建损伤本构模型和渗透率模型的合理性,表明模型能够较为准确地反映煤岩变形阶段特征及瓦斯渗流规律。 展开更多

关键词 煤岩 孔隙压力 渗透率 损伤变量 塑性应变

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基于塑性变形的煤体损伤本构关系及渗透率模型研究 被引量：8

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作者 吴学海 李波波 +3 位作者 王新 高政 李建华 许江 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期131-141,共11页

开采扰动诱发的煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的主要瓦斯动力灾害之一。为系统探索开采扰动下煤体损伤演化特征和瓦斯渗流规律,拟开展不同瓦斯压力下全应力应变–渗流实验。通过考虑气体吸附和热膨胀效应修正广义胡克定律,建立基于塑性... 开采扰动诱发的煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的主要瓦斯动力灾害之一。为系统探索开采扰动下煤体损伤演化特征和瓦斯渗流规律,拟开展不同瓦斯压力下全应力应变–渗流实验。通过考虑气体吸附和热膨胀效应修正广义胡克定律,建立基于塑性变形的煤体损伤本构关系,进一步构建考虑损伤的分段渗透率模型。结果表明:以渗透率突变点为界,可将煤体渗透率分为峰前和峰后2个变化阶段。其中,峰前呈指数型降低,而峰后急剧增加,峰值抗压强度和弹性模量均随着瓦斯压力升高而降低;煤体轴向塑性应变和损伤演化规律具有良好的一致性,二者均呈现出峰前变化不大,峰后激增的变化趋势;利用不同瓦斯压力和50℃实验数据对所建的损伤模型及渗透率模型进行验证,得到理论曲线和实验数据具有较好的吻合度,表明新建模型可较好地反映不同条件下煤体破坏失稳过程中的损伤演化规律和瓦斯渗流特征。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 塑性变形 损伤 渗透率 开采扰动

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孔隙压力升降条件下煤岩双孔隙渗透率模型研究 被引量：7

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作者 尧春洪 李波波 +2 位作者 高政 李建华 许江 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期116-121,共6页

孔隙压力是控制煤岩渗透率的关键因素,为探究煤岩渗透率在孔隙压力升降过程的响应机制,利用含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别开展不同平均应力条件下孔隙压力升高和降低的渗流试验。基于煤岩具备的双孔隙结构介质的特性,综合升压过程中煤... 孔隙压力是控制煤岩渗透率的关键因素,为探究煤岩渗透率在孔隙压力升降过程的响应机制,利用含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别开展不同平均应力条件下孔隙压力升高和降低的渗流试验。基于煤岩具备的双孔隙结构介质的特性,综合升压过程中煤岩力学效应、滑脱效应、吸附膨胀及吸附层厚度变化等因素,构建包含基质与裂隙的双孔隙渗透率模型。通过引入修正函数L(p),进一步量化降压过程中煤岩渗透率变化情况,并利用试验数据验证新建渗透率模型的合理性。研究结果表明:①当平均应力一定时,基质渗透率随孔隙压力增大呈先急剧减小后缓慢减小的变化趋势,裂隙渗透率的变化规律与煤岩总渗透率的变化规律较为接近;②当平均应力一定时,孔隙压力升降过程中的煤岩总渗透率均呈“V”型变化,但对于同一孔隙压力,降压过程总渗透率要低于升压过程总渗透率;③利用渗流试验数据对模型进行验证,发现新建双孔隙渗透率模型能够与试验结果保持一致;④修正函数L(p)中的敏感性系数c影响渗透率随孔隙压力变化的曲线斜率,敏感性系数d影响渗透率曲线整体高度。 展开更多

关键词 煤岩 渗透率 双孔隙 孔隙压力 修正函数

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支撑剂嵌入作用下煤岩裂隙压缩性及渗流特性 被引量：4

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作者 成巧耘 李波波 +2 位作者 李建华 高政 王斌 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期105-111,共7页

为探究应力与支撑剂协同作用下煤岩裂隙压缩性及渗透特性,基于赫兹接触理论量化支撑剂的嵌入深度,推导出支撑剂影响下裂隙压缩性的计算式;同时,考虑多因素耦合对煤岩渗透能力的影响,进一步构建渗透率模型,并验证其合理性。研究结果表明... 为探究应力与支撑剂协同作用下煤岩裂隙压缩性及渗透特性,基于赫兹接触理论量化支撑剂的嵌入深度,推导出支撑剂影响下裂隙压缩性的计算式;同时,考虑多因素耦合对煤岩渗透能力的影响,进一步构建渗透率模型,并验证其合理性。研究结果表明:支撑剂嵌入深度与有效应力成正比,且随有效应力的增大,渗透率先减小而后趋于平缓;当气体压力恒定时,支撑剂嵌入使煤岩裂隙压缩性减小,当嵌入深度恒定时,煤岩裂隙压缩性随气体压力的增大而增大;铺置支撑剂的煤岩裂隙渗透率远大于原始状态下的渗透率,但铺置层数越大,增透效果越不明显;所建煤岩裂隙渗透率模型计算值与试验值具有较好的一致性,可有效表征应力与支撑剂作用下的煤岩渗流特性。 展开更多

关键词 支撑剂嵌入 煤岩 裂隙压缩性 渗透率 铺置层数

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考虑支撑剂压实和嵌入作用的滑脱效应及渗流机制 被引量：4

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作者 成巧耘 李波波 +2 位作者 李建华 高政 王斌 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期88-97,共10页

水力压裂技术是煤矿瓦斯灾害防治与煤层气开采的关键技术之一,在实施水力压裂过程中,支撑剂的嵌入往往会诱发煤储层裂隙宽度的一系列变化。其中,滑脱效应的强度与渗透率的变化主要由裂隙宽度决定。因此,支撑剂嵌入将影响水力压裂技术的... 水力压裂技术是煤矿瓦斯灾害防治与煤层气开采的关键技术之一,在实施水力压裂过程中,支撑剂的嵌入往往会诱发煤储层裂隙宽度的一系列变化。其中,滑脱效应的强度与渗透率的变化主要由裂隙宽度决定。因此,支撑剂嵌入将影响水力压裂技术的有效性。为探究水力压裂背景下气体的滑脱效应与煤的渗流规律,采用赫兹接触理论量化支撑剂的嵌入深度,并构建支撑剂与有效应力综合作用的气体滑脱系数计算方程与渗透率模型。结果表明:在不同瓦斯压力下,煤的渗透率随有效应力的增大先减小后趋于平缓;恒定有效应力条件下,瓦斯压力越低,渗透率相对越高;且铺置多层砂的增透效果相对铺置单层砂的增透效果更佳;两种铺置条件下,滑脱因子b在不同瓦斯压力下呈相同的变化趋势,均随支撑剂嵌入深度的增大而增大;不同形态裂缝的滑脱因子均随着有效应力的增大而增大,其中球形裂缝的滑脱因子最大,圆柱形次之,狭缝形最小。同时,不同形态裂缝煤的渗透率均随有效应力的增加而减小,而3种形态裂缝渗透率之间的大小关系与滑脱因子大小关系一致;考虑到有效应力与支撑剂对裂缝宽度的贡献,构建了考虑支撑剂和有效应力综合作用的裂隙渗透率模型,并通过公开发布的试验数据验证其合理性。研究结果将有助于水力压裂技术在煤矿瓦斯灾害防治与煤层气开采中的进一步应用。 展开更多

关键词 煤 支撑剂嵌入 渗透率 裂缝形态 滑脱效应

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