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基于物质点法的深部煤层水射流破岩成孔机制和影响因素
1
作者 周雷 蒲艳 +2 位作者 彭雨 夏彬伟 房柳林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3845-3858,共14页
我国深部煤层气资源丰富,但深部煤层渗透率极低,高应力−压力环境下深部煤层气解吸困难,导致产量低下。水平井水射流冲孔造穴是一种大范围卸压增透煤层的新技术,但在深部赋存环境下其破岩成孔机制还有待研究。由于深部煤层赋存于高地应... 我国深部煤层气资源丰富,但深部煤层渗透率极低,高应力−压力环境下深部煤层气解吸困难,导致产量低下。水平井水射流冲孔造穴是一种大范围卸压增透煤层的新技术,但在深部赋存环境下其破岩成孔机制还有待研究。由于深部煤层赋存于高地应力、高应力差的地质环境,室内物理模拟实验难以开展。因此,首先基于黏弹塑性理论和物质点法建立了水射流冲孔破岩数值模型,该模型集成拉格朗日和欧拉算法的优势,能有效模拟射流破岩过程中的动量交换、煤岩大变形、破岩、流体剥蚀携岩反排等全过程。然后,通过该数值模型开展了深部煤层水射流破岩成孔机制和影响因素研究,得到结论如下:①深部煤层以高地应力荷载作用造成的剪切破坏为破岩的主导机制,射流主要起到冲蚀和携岩反排的作用,而无应力荷载时以水射流碰撞煤岩产生的应力波造成张拉破坏为破岩的主导机制,由于煤岩塑性较强,水楔效应不明显。②深部煤层高地应力荷载作用加速了破岩过程,冲出煤量比无应力荷载时高,同时应力荷载促使煤体向开孔方向移动,造成空腔体积减小,但塑性损伤区较无应力荷载时明显增大。③冲出煤量、塑性损伤区面积都随射流时间增加而增加,但增幅逐渐变缓。冲出煤量、塑性损伤区面积随入射角度的增加整体呈下降趋势,射流角度越小,水射流冲孔破岩效果越好,射流垂直入射并不是破岩的最佳方式。④冲出煤量、塑性损伤区面积随应力差、煤岩开孔宽度的增加而增加,但应力差的增加对深部煤层射流破岩的促进作用不大。煤层开孔宽度不宜过高,适当增加开孔宽度可以提高射流破岩效率。 展开更多
关键词 深部煤层气 水射流破岩 数值模拟 物质点法 塑性损伤区
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含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形态及影响要素 被引量：17
2
作者 周雷 李立 +1 位作者 夏彬伟 于斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1559-1570,共12页
随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力... 随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力控制、形态单一,难以达到顶板“横切纵断”目标,限制了其弱化远场坚硬顶板的效能。因此,基于试验和理论分析开展了含径向水力割缝钻孔导向压裂形成“横切纵断”裂缝的研究,揭示了水力压裂裂缝和导向裂缝的竞争扩展规律,建立了基于Iwrin等效模型的割缝导向起裂扩展模型、钻孔裸眼起裂扩展模型以及钻孔割缝压裂裂缝起裂模式判定准则,探究了塑性区临界特征长度、割缝半径、钻孔半径、埋深对于裂缝起裂模式的影响。研究结果表明:含径向水力割缝钻孔导向压裂存在3种裂缝形貌:“横切”型单一主裂缝、“纵断”型单一主裂缝、“横切纵断”复合型裂缝网络;割缝塑性区特征长度和钻孔塑性区特征长度与流体压力均呈正相关关系,形成“横切纵断”复合型裂缝网络对应的塑性区临界特征长度随割缝半径的增大而增大,但是随钻孔半径的增大而减小;储层埋深对含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形貌存在显著影响,随着埋深增加,裂缝形貌逐渐由“横切”型单一主裂缝向“横切纵断”复合型裂缝网络和“纵断”型单一主裂缝演变。特定埋深下,可以通过设计调整钻孔半径和割缝半径以使得钻孔塑性区长度和割缝塑性区长度同时达到塑性区临界长度,形成“横切纵断”复合型裂缝模式。 展开更多
关键词 远场坚硬顶板 水力割缝 水力压裂 裂缝扩展规律 裂缝起裂模式
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基于物质点法的深部煤层气水力割缝卸压解吸增透规律数值模拟研究 被引量：17
3
作者 周雷 彭雨 +1 位作者 卢义玉 夏彬伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3298-3309,共12页
深部煤层气储层具有渗透率低、储层压力大和地应力高等特点,导致煤层气解吸、运移困难,开采效率低。定向井+水力割缝是一种强化深部煤层气开采的新思路,但有必要对其卸压解吸增渗效果开展量化研究。数值仿真是研究该问题的主要手段,但... 深部煤层气储层具有渗透率低、储层压力大和地应力高等特点,导致煤层气解吸、运移困难,开采效率低。定向井+水力割缝是一种强化深部煤层气开采的新思路,但有必要对其卸压解吸增渗效果开展量化研究。数值仿真是研究该问题的主要手段,但传统有限元、离散元等数值方法无法有效解决煤岩割缝引起的大变形、大位移、内边界持续变化和接触的复杂问题。为克服上述难题,基于物质点法建立了弹塑性损伤数值模型,模拟了水力割缝缝槽对临兴深部煤层气卸压解吸和增透的影响,得到:(1)基于物质点法建立的弹塑性损伤数值模型能有效计算水力割缝缝槽引起煤层大变形、大位移和内边界接触问题;(2)垂直于割缝方向呈现大范围应力下降,应力骤降区的范围和塑性区域的范围重合,应力缓慢下降区则对应弹性小变形区域;(3)卸压解吸气和增渗区域分布特征与应力下降区分布特征一致,在弹性区和塑性区渗透率分别为原始渗透率的1~5倍和10~20倍,单个割缝促使煤层气解吸气量达数百至上千方;(4)割缝宽度、长度、角度和增透区域面积以及解吸气量基本呈线性相关,割缝宽度影响最大,其次是割缝长度,割缝角度影响最小。通过上述研究成果,在定向井+水力割缝基础之上提出了平行水平井错位多割缝卸压解吸增透技术,为深部煤层气的高效开发提供了新思路和研究手段。 展开更多
关键词 深部煤层气 水力割缝 卸压增透 物质点法
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Fenton-eMBR工艺处理垃圾渗滤液的试验研究 被引量：6
4
作者 王里奥 石秀 杨威 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期94-97,共4页
采用Fenton-eMBR组合工艺处理垃圾渗滤液,先通过正交试验确定Fenton法的优化条件,再使预处理后的尾水进入eMBR系统。结果表明,Fenton过程影响因素的主次关系为pH>Fe2+>n(H2O2):n(Fe2+)>反应时间,优化反应条件为:pH=5、反应时间... 采用Fenton-eMBR组合工艺处理垃圾渗滤液,先通过正交试验确定Fenton法的优化条件,再使预处理后的尾水进入eMBR系统。结果表明,Fenton过程影响因素的主次关系为pH>Fe2+>n(H2O2):n(Fe2+)>反应时间,优化反应条件为:pH=5、反应时间2 h、n(H2O2):n(Fe2+)为3:1、FeSO.47H2O的投加量为0.03 mol/L;以陶粒为填料的eMBR系统稳定运行后COD、BOD5去除率为71.21%、73.72%,实现了同步硝化与反硝化,NH3-N的去除率达到88.61%;经Fenton-eMBR工艺处理后的渗滤液出水中COD、BOD5、NH3-N、TN、TP的去除率分别达到91.6%、90.2%、92.0%、89.9%、96.8%。 展开更多
关键词 垃圾渗滤液 FENTON eMBR 去除率
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碳酸氢钠粉体对导管泄爆过程的影响 被引量：3
5
作者 余明高 付元鹏 +3 位作者 郑立刚 王玺 杨文 靳红旺 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期158-168,共11页
为了研究惰性粉体对导管泄爆过程的影响,采用质量浓度C为0、40、80、120、160、200、240 g/m3的碳酸氢钠(NaHCO_(3))粉体,分别抑制连接不同长度(250 mm、500 mm、750 mm)泄爆导管的5 L容器内甲烷/空气预混气爆炸。对火焰传播特性分析结... 为了研究惰性粉体对导管泄爆过程的影响,采用质量浓度C为0、40、80、120、160、200、240 g/m3的碳酸氢钠(NaHCO_(3))粉体,分别抑制连接不同长度(250 mm、500 mm、750 mm)泄爆导管的5 L容器内甲烷/空气预混气爆炸。对火焰传播特性分析结果表明:容器内添加NaHCO_(3)粉体可以极大地削弱导管内二次爆炸,且合适质量浓度的NaHCO_(3)粉体可以消除二次爆炸。随着NaHCO_(3)粉体质量浓度增加,容器内火焰结构逐渐不规则化,火焰到达容器末端时间延长,导管内火焰经历弱化到熄灭过程,不同质量浓度NaHCO_(3)粉体导致3种火焰速度发展模式。对压力特性分析得知,导管内爆炸超压上升机理依赖于NaHCO_(3)粉体质量浓度,粉体质量浓度较低时,容器中最大爆炸超压取决于二次爆炸产生的第二压力峰值,反之取决于火焰在容器触壁时产生的第一压力峰值。随着NaHCO_(3)粉体质量浓度增加,超压峰值下降率先增加然后趋于稳定,表明质量浓度效应逐渐减弱。最后定量分析了导管-容器配置中火焰传播速度与爆炸超压的关系。 展开更多
关键词 甲烷爆炸 导管泄爆 抑爆 粉体质量浓度
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泡沫铝准静态压痕响应的数值模拟 被引量：1
6
作者 王新筑 彭向和 郭早阳 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期78-82,86,共6页
采用MSC/Marc有限元软件对泡沫铝在圆柱形球压头作用下的准静态压痕响应进行了数值模拟,研究泡沫铝在圆柱形球压头作用下的位移场和应力场情况,并与压痕试验结果进行了对比。结果表明:位移场和应力场均主要分布于和压头直径范围相对应... 采用MSC/Marc有限元软件对泡沫铝在圆柱形球压头作用下的准静态压痕响应进行了数值模拟,研究泡沫铝在圆柱形球压头作用下的位移场和应力场情况,并与压痕试验结果进行了对比。结果表明:位移场和应力场均主要分布于和压头直径范围相对应的泡沫铝区域内,且分布范围随压痕深度的增大而以压痕为中心向外延伸;泡沫铝变形区形状的模拟结果与试验结果相吻合;压痕模拟结果可以较好地解释泡沫铝在圆柱形球压头作用下的变形机制。 展开更多
关键词 泡沫铝 压痕 数值模拟
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铝泡沫复合材料夹芯梁的弯曲性能 被引量：3
7
作者 周广涛 王新筑 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 2011年第12期50-54,共5页
设计并采用热压罐方法生产了由复合材料面板和铝泡沫芯子组成的复合材料夹芯梁,对其在简支边界条件和三点弯曲受载下的失效模式及弯曲刚度进行了实验研究。研究发现:与其他3种常见的金属泡沫芯子金属面板夹芯结构相比,自行设计的面板为... 设计并采用热压罐方法生产了由复合材料面板和铝泡沫芯子组成的复合材料夹芯梁,对其在简支边界条件和三点弯曲受载下的失效模式及弯曲刚度进行了实验研究。研究发现:与其他3种常见的金属泡沫芯子金属面板夹芯结构相比,自行设计的面板为层合板的金属泡沫复合材料夹芯结构具有较高的弯曲比刚度、明显的重量优势及可设计性。 展开更多
关键词 铝泡沫 夹芯梁 三点弯曲
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阶段出矿底部桃形矿柱的结构参数数值计算分析 被引量：4
8
作者 王栋毅 彭康 +2 位作者 尹旭岩 李啸 刘照朋 《矿冶工程》 CSCD 北大核心 2017年第6期12-17,共6页
针对某矿采用阶段空场崩落联合采矿法开采急倾斜极厚大矿体时存在存窿矿量多、矿石贫化损失大、空区作业危险等难题,提出了具有底部出矿结构的桃形矿柱采矿新方案。结合该矿区生产实际,设计了6种桃形矿柱方案,采用ABAQUS数值模拟软件,依... 针对某矿采用阶段空场崩落联合采矿法开采急倾斜极厚大矿体时存在存窿矿量多、矿石贫化损失大、空区作业危险等难题,提出了具有底部出矿结构的桃形矿柱采矿新方案。结合该矿区生产实际,设计了6种桃形矿柱方案,采用ABAQUS数值模拟软件,依据M-C准则建立桃形矿柱的弹塑性本构模型,分别分析了冲击荷载作用下桃形矿柱的应力、应变、位移响应,以及残余完整巷道长度与垂高的关系。结果表明,坡面角50°、桃形矿柱高度15 m的方案受力状态最理想,且拉伸应变及位移均较小并集中于坡脚,但完整巷道的垂高不足2 m;坡面角70°方案的桃形矿柱塑性区和破坏区范围均大于坡面角60°方案,二者的完整巷道长度与垂高均在可靠范围。经综合考虑,优选坡面角60°、桃形矿柱高度15 m方案为桃形矿柱的最优参数。 展开更多
关键词 采矿方法设计 桃形矿柱 冲击荷载 数值模拟 方案优化
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