重复采动下覆岩裂隙发育规律模拟研究 被引量：64

1

作者 姚邦华 周海峰 陈龙 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2010年第3期443-446,共4页

基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA^(2D),建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了上覆岩层在采动前后垂直应力的变化情况.结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂... 基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA^(2D),建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了上覆岩层在采动前后垂直应力的变化情况.结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙的再发育,使得顶板裂隙波及的含水层范围扩大,从而增大采空区的涌水量,甚至会引发突水;采动使得覆岩的垂直应力减小,而重复采动更加剧了这一趋势,这是覆岩裂隙继续发育的重要因素. 展开更多

关键词 重复采动 数值模拟 覆岩裂隙 突水

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万利矿区煤层群开采覆岩裂隙发育规律研究 被引量：32

2

作者 黄汉富 闫志刚 +1 位作者 姚邦华 徐会军 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2012年第5期619-624,共6页

采用数值模拟软件UDEC建立了万利矿区煤层群采动的数值模型，模拟研究了采动裂隙发育和煤层群采动相互影响的演变过程，分析了3．1煤顶板岩层采动裂隙的发育规律与预计高度．模拟结果显示，5．1煤的采动可引起3．1煤的裂隙高度略有增加... 采用数值模拟软件UDEC建立了万利矿区煤层群采动的数值模型，模拟研究了采动裂隙发育和煤层群采动相互影响的演变过程，分析了3．1煤顶板岩层采动裂隙的发育规律与预计高度．模拟结果显示，5．1煤的采动可引起3．1煤的裂隙高度略有增加，最终发育高度分别为40m，按经验公式预计则为41～50m，经瞬变电磁、钻孔实测的裂隙发育高度为45m。根据导水裂隙带的发育规律，按3．1煤上覆含水层的富水性、隔水层厚度将矿区分为无水区、不可保区、天然可保区、可保区和观察区，并针对可保区进行了相应的保水开采实践。 展开更多

关键词 覆岩破坏 导水裂隙带 UDEC数值模拟 保水开采

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浅埋煤层导水裂隙带发育规律的数值模拟研究 被引量：26

3

作者 安泰龙 王连国 +1 位作者 浦海 姚邦华 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2010年第1期33-36,49,共5页

为研究煤层开采对其覆岩含水层的影响情况,通过RFPA2D数值模拟软件,分析了神东矿区补连塔煤矿31401综采工作面采动过程中覆岩的运动规律和导水裂隙的发育情况。结果认为补连塔煤矿31401综采工作面开采过程中,其第三含水层与其上下的砂... 为研究煤层开采对其覆岩含水层的影响情况,通过RFPA2D数值模拟软件,分析了神东矿区补连塔煤矿31401综采工作面采动过程中覆岩的运动规律和导水裂隙的发育情况。结果认为补连塔煤矿31401综采工作面开采过程中,其第三含水层与其上下的砂质泥岩和粉砂岩形成了复合隔水关键层,能够有效保护上面的第一、二含水层,防止地下水资源的流失。 展开更多

关键词 浅埋煤层 导水裂隙 RFPA2D 数值模拟

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潞安矿区煤水共采技术研究 被引量：16

4

作者 白海波 茅献彪 +1 位作者 姚邦华 唐军华 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期395-402,共8页

为了水资源的可持续利用和煤矿安全开采,基于绿色开采理念和采动岩体渗流理论,提出区别于疏干开采和排供结合的煤与水共采的观点。以潞安矿区为基地,分析地下水系统特点,发现并利用了奥陶系顶部隔水层,成功实施矿井水资源化利用和煤与... 为了水资源的可持续利用和煤矿安全开采,基于绿色开采理念和采动岩体渗流理论,提出区别于疏干开采和排供结合的煤与水共采的观点。以潞安矿区为基地,分析地下水系统特点,发现并利用了奥陶系顶部隔水层,成功实施矿井水资源化利用和煤与水共采。研究结果表明:煤与水共采既适度开发地下水、维持泉组流量处于动态平衡状态,又经济安全地开采了浅部大量受水威胁的煤炭资源。奥陶系顶部隔水层是不需大幅度降低底板奥灰水位就能实现煤水共采的前提和保障,不仅解放了3#煤,而且解放了占矿区总储量1/3的下组煤;煤与煤系地层水共采和矿井水的净化利用为保持矿区乃至整个盆地地下水资源的采补基本平衡做出了重要贡献。煤与水共采是以保水、保安及环境保护为前提的2种资源的合理开采。 展开更多

关键词 采矿工程 奥陶系 隔水层 水环境 绿色开采

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陷落柱的变质量渗流特性及其突水危险性数值模拟 被引量：14

5

作者 张凯 姚邦华 +1 位作者 吴松刚 张宏图 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2013年第6期892-896,共5页

基于多孔介质渗流理论,推导了流固耦合作用下陷落柱充填物颗粒的质量守恒方程、动量守恒方程以及陷落柱孔隙率演化方程,建立了陷落柱的变质量渗流力学模型和相应的数值计算模型。假定陷落柱内岩体孔隙率服从Weibull分布,利用多物理场耦... 基于多孔介质渗流理论,推导了流固耦合作用下陷落柱充填物颗粒的质量守恒方程、动量守恒方程以及陷落柱孔隙率演化方程,建立了陷落柱的变质量渗流力学模型和相应的数值计算模型。假定陷落柱内岩体孔隙率服从Weibull分布,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对所建的数值计算模型进行了求解,得到了不同时刻陷落柱内孔隙率和渗流速度的分布图,以及渗流量随时间变化曲线。研究结果表明:1)初始阶段陷落柱内部渗流通道随机分布,在水流对不同孔隙度的岩体侵蚀作用下,最后演变成数条主要的渗流通道;2)陷落柱的整体渗流速度在初始时刻增加较慢,随着孔隙度的增大和贯通,渗流速度会加速增大。 展开更多

关键词 陷落柱 突水机理 变质量渗流 数值模拟

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煤矿陷落柱突水主控因素研究 被引量：11

6

作者 史红邈 姚邦华 +1 位作者 温志辉 马庆庆 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第12期232-236,共5页

研究煤矿底板承压导水陷落柱冲蚀突水主控因素对于揭示陷落柱突水机理并指导其突水防治具有重要意义。建立陷落柱冲蚀突水力学模型,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics将力学模型数值化,考虑陷落柱内裂隙的非均匀分布特性,模拟研... 研究煤矿底板承压导水陷落柱冲蚀突水主控因素对于揭示陷落柱突水机理并指导其突水防治具有重要意义。建立陷落柱冲蚀突水力学模型,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics将力学模型数值化,考虑陷落柱内裂隙的非均匀分布特性,模拟研究冲蚀作用下陷落柱突水的全过程,分析水压、初始裂隙分布以及裂隙发育程度等主控因素对陷落柱突水的影响。结果表明:含水层水压和初始裂隙开度越大,陷落柱涌水量增加越快,发生突水的危险性越大;初始裂隙分布主要影响最终突水通道的分布情况,对突水时间和涌水量的影响不大;在承压含水层水力冲蚀作用下,陷落柱内充填物颗粒液化并迁移流失,部分裂隙不断增大和贯通并发展成为数条优势导水通道,最终造成陷落柱涌水量的急剧增大和突水事故的发生。 展开更多

关键词 陷落柱 突水 主控因素 冲蚀作用 数值模拟

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采动覆岩隔水层稳定性力学模型及应用研究 被引量：9

7

作者 姚邦华 白海波 +1 位作者 黄汉富 浦海 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2012年第3期307-311,共5页

为了研究覆岩隔水层的稳定性,预防煤矿顶板突水灾害,实现保水采煤,本文将单一岩层形成的顶板隔水层简化为地基上四边固支的薄板,考虑了隔水层以下破碎岩体对隔水层的支撑作用,根据能量法推导了其挠度以及应力表达式,得到了覆岩隔水层应... 为了研究覆岩隔水层的稳定性,预防煤矿顶板突水灾害,实现保水采煤,本文将单一岩层形成的顶板隔水层简化为地基上四边固支的薄板,考虑了隔水层以下破碎岩体对隔水层的支撑作用,根据能量法推导了其挠度以及应力表达式,得到了覆岩隔水层应力分布特性,求出了临界载荷随工作面推进距离的变化规律,并结合具体工程实例,利用数值模拟软件进行了覆岩隔水层稳定性分析。研究结果表明:1)煤层开采后,覆岩隔水层在长边边缘中间应力最大,容易发生破坏;2)破碎岩体的支撑作用对隔水层的稳定性具有重要的影响,煤层采厚越小,破碎岩体对覆岩隔水的支撑作用越强,隔水层越不容易破断。研究成果可为煤矿顶板防治水研究以及保水采煤实践提供一定的参考。 展开更多

关键词 隔水层 力学模型 薄板理论 能量法

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倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究 被引量：7

8

作者 华明国 姚邦华 李建伟 《工矿自动化》 北大核心 2020年第2期88-93,共6页

针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半... 针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟,研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明:在冲孔作用下,抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大,但扩展速度随时间下降;在冲孔卸压作用下,煤层渗透性大大增加,钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布;连续抽采90 d后,上部方向的影响半径为6 m左右,下部方向的影响半径为4 m左右,水平方向的影响半径为5 m左右;为了确保抽采达标,该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5 m左右,纵向钻孔布置间距为4.0 m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。 展开更多

关键词 煤炭开采 倾斜煤层 瓦斯抽采钻孔 水力冲孔 有效影响半径 煤体变形-渗流气固耦合模型

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煤层瓦斯抽采信息化APP智能系统开发与应用研究

9

作者 华明国 李安红 +3 位作者 刘扬 赵宇杰 崔宝库 姚邦华 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2024年第9期186-193,共8页

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要技术手段,数值模拟是指导瓦斯抽采方法选择、评价瓦斯抽采效果的重要方法。而传统的建模流程和所需数学模型非常复杂,导致大部分仿真软件无法大范围普及,为此,基于COMSOL软件开发了综合考虑煤层物理力学参... 瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要技术手段,数值模拟是指导瓦斯抽采方法选择、评价瓦斯抽采效果的重要方法。而传统的建模流程和所需数学模型非常复杂,导致大部分仿真软件无法大范围普及,为此,基于COMSOL软件开发了综合考虑煤层物理力学参数和瓦斯参数的瓦斯抽采信息化APP智能系统。研究结果表明:APP智能系统数值模拟得到普通钻孔流量与实测数据的误差为7.7%,水力造穴钻孔流量与实测数据的误差为4.9%,钻孔流量衰减规律与实际情况变化规律基本一致,表明了参数优选的正确性以及APP智能系统数值模拟方法的可靠性;该APP智能系统操作简单,可以对抽采方式、抽采参数、增透措施等进行优化,极大简化了瓦斯抽采不同工况下的模拟工作量。依据APP智能系统数值模型模拟计算了山西某矿3^(#)煤层瓦斯抽采情况,随着抽采时间的增加,瓦斯抽采总量不断增加,产气速率整体上呈现下降趋势。研究成果可为矿井瓦斯抽采方案的制定及相关研究奠定基础。 展开更多

关键词 煤层瓦斯治理 煤层瓦斯抽采信息化 APP智能系统 钻孔流量 数值模拟

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受载含瓦斯原煤解吸规律实验研究 被引量：4

10

作者 贾彦楠 温志辉 姚邦华 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期21-24,30,共5页

依托自行研发的含瓦斯煤热–流–固–力耦合吸附/解吸实验系统,测定了不同围压和孔隙压力组合条件下,煤样加载破坏过程中不同加载阶段的瓦斯解吸量,并对实验数据进行了拟合,分析了轴压、围压和孔隙压力对含瓦斯原煤解吸规律的影响。结... 依托自行研发的含瓦斯煤热–流–固–力耦合吸附/解吸实验系统,测定了不同围压和孔隙压力组合条件下,煤样加载破坏过程中不同加载阶段的瓦斯解吸量,并对实验数据进行了拟合,分析了轴压、围压和孔隙压力对含瓦斯原煤解吸规律的影响。结果表明:在煤样整个加载破坏过程中,受载原煤瓦斯解吸量呈现先减小后增加的"V"型变化趋势,且最小出现在屈服强度阶段,最大出现在脆性破坏阶段;受载原煤瓦斯解吸量随围压的增大而减小,随吸附平衡压力的增大而增大。 展开更多

关键词 受载 含瓦斯原煤 瓦斯解吸规律

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基于CT扫描的受载破裂煤样注浆封堵效应量化研究 被引量：2

11

作者 李雁 李兵 +1 位作者 姚帅 姚邦华 《工矿自动化》 北大核心 2022年第4期53-59,共7页

针对现有注浆煤岩体裂隙结构和注浆效果研究不能定量表征的问题,利用自主搭建的受载煤岩体注浆试验系统开展了不同受载破裂煤样(单轴和劈裂)的注浆试验,采用工业CT扫描设备对破裂煤样注浆前后的裂隙结构进行了CT扫描,应用图像分析软件VG... 针对现有注浆煤岩体裂隙结构和注浆效果研究不能定量表征的问题,利用自主搭建的受载煤岩体注浆试验系统开展了不同受载破裂煤样(单轴和劈裂)的注浆试验,采用工业CT扫描设备对破裂煤样注浆前后的裂隙结构进行了CT扫描,应用图像分析软件VG Studio MAX对CT扫描数据重建模型所得到的数字煤样进行裂隙精准提取,对受载破裂煤样注浆前后三维裂隙形态和结构进行了数字化定量分析。结果表明:①单轴加载破裂煤样主裂隙由煤样顶部两侧贯穿至煤样底部并汇聚,裂隙宽度基本保持不变,煤样主要在剪切应力作用下破裂,整体破碎程度较大,主裂隙网络伴生较多的小裂隙;注浆前后50 mm以上裂隙由1条转为0,总裂隙体积由12000 mm^(3)减小为5700 mm^(3),降幅为52.5%,表明单轴破裂煤样裂隙结构相对不利于浆液扩散流动。劈裂破坏煤样主裂隙由顶部沿竖直方向向下延伸至煤样中下部,裂隙宽度较大,然后向一方倾斜45°继续延伸,裂隙宽度逐渐变小;注浆前后50 mm以上裂隙由2条转为0,总裂隙体积由3430 mm^(3)减小为312 mm^(3),降幅为90.9%,表明劈裂破坏煤样裂隙结构有利于浆液的流动和充填。②注浆前后单轴加载破裂煤样渗透率由57×10^(-14) m^(2)下降到1.2×10^(-14) m^(2),下降了97.9%;注浆前后劈裂破坏煤样渗透率由75×10^(-14) m^(2)下降到1.3×10^(-14) m^(2),下降了98.3%,表明注浆对不同破坏形式煤样均具有显著的堵漏降渗效果。③对比2种煤样注浆前后裂隙体积和渗透率变化情况可以看出,虽然单轴加载破裂煤样注浆浆液仅充填了部分裂隙,但渗透率与原始煤样差别很小,表明通过阻隔漏气通道的连通性,即可有效封堵裂隙并取得良好的注浆封孔效果。研究结果可为破裂煤体注浆量化分析及煤层注浆封堵效果评价提供有益参考。 展开更多

关键词 受载破裂煤体 裂隙结构 单轴加载 劈裂破坏 注浆封堵 煤体渗透性 CT扫描

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变质量破碎岩体非线性渗流试验研究 被引量：3

12

作者 陈占清 王路珍 +1 位作者 孔海陵 姚邦华 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2014年第2期15-17,21,共4页

为了更进一步研究陷落柱的突水机理,完善陷落柱突水的试验基础,通过自制的一套变质量破碎岩体渗流试验系统,对变质量破碎岩体非Darcy流渗透特性进行试验,并对破碎泥岩在渗流过程中质量流失量、孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子及加速度... 为了更进一步研究陷落柱的突水机理,完善陷落柱突水的试验基础,通过自制的一套变质量破碎岩体渗流试验系统,对变质量破碎岩体非Darcy流渗透特性进行试验,并对破碎泥岩在渗流过程中质量流失量、孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子及加速度系数的时变规律进行了研究。研究表明:泥岩试样在渗流过程中渗流形式发生了巨大的变化。在渗流开始时,流失质量迅速增加,引起试样内部孔隙结构变化,孔隙度增加,试样的渗透性能增强,试样压得越密实,质量流失量越多,孔隙度变化越快,渗透性能越强。质量流失量与渗透性是相互影响的,由于试验中质量流失具有时变性特征,渗透性能也具有时变性。最后,陷落柱突水过程可以描述为,在其底部承压水压力作用下,大量细小颗粒随水流一起迁移流失,引起柱体内孔隙度变大,渗透性加强,导致渗流剧变,引发突水。 展开更多

关键词 变质量 破碎岩体 渗透特性 非线性渗流 时变 突水 陷落柱

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保护层开采卸压瓦斯运移规律及强化抽采技术研究 被引量：2

13

作者 黄勇 姚邦华 袁本庆 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第6期90-93,共4页

为研究保护层开采过程中被保护层动态卸压效果,建立了煤层变形与瓦斯流动的应力-渗流耦合理论模型,数值模拟研究了被保护层的动态卸压效应及瓦斯运移规律,在此基础上,设计了保护层开采条件下的底板穿层钻孔强化抽采方法。研究表明:(1)... 为研究保护层开采过程中被保护层动态卸压效果,建立了煤层变形与瓦斯流动的应力-渗流耦合理论模型,数值模拟研究了被保护层的动态卸压效应及瓦斯运移规律,在此基础上,设计了保护层开采条件下的底板穿层钻孔强化抽采方法。研究表明:(1)被保护层卸压范围随保护层工作面推进逐步扩大,被保护层最大垂直应力降低了30%左右。(2)采动卸压作用下被保护层瓦斯逐渐向采空区流动造成瓦斯压力下降,降幅可达35%。(3)通过保护层开采卸压结合穿层钻孔抽采提高了瓦斯抽采效率,瓦斯抽采浓度由10%左右提升到35%以上,达到了快速消突的目的。 展开更多

关键词 保护层 动态卸压 瓦斯流动 数值模拟

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布尔台矿重复采动下突水危险性数值模拟研究 被引量：2

14

作者 范文斌 姚邦华 《矿业安全与环保》 北大核心 2011年第1期4-5,9,共3页

双煤层重复采动后,原有覆岩裂隙将会再次发育,使得顶板突水的危险性增加,防治水工作变得复杂。基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA2D,建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规... 双煤层重复采动后,原有覆岩裂隙将会再次发育,使得顶板突水的危险性增加,防治水工作变得复杂。基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA2D,建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了采动前后采场垂直应力的变化情况,评价了突水以及二次突水的危险性。数值模拟结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙再发育,使得原有顶板裂隙发育的高度增大,从而可能引发突水。 展开更多

关键词 重复采动 数值模拟 覆岩裂隙 突水

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一种计算变质量破碎岩体渗透性参量的方法 被引量：1

15

作者 陈占清 王路珍 +2 位作者 孔海陵 倪晓燕 姚邦华 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期927-932,998,共7页

建立了一种基于压力梯度和渗流速度时间序列提取变质量破碎岩体渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数)的方法。首先,根据破碎岩体渗透性参量之间的幂指数关系和Forchheimer关系,建立了采样时刻渗透率的代数方程,并利用Newto... 建立了一种基于压力梯度和渗流速度时间序列提取变质量破碎岩体渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数)的方法。首先,根据破碎岩体渗透性参量之间的幂指数关系和Forchheimer关系,建立了采样时刻渗透率的代数方程,并利用Newton切线法求得此代数方程的根;其次,对渗透性参量的参考值及幂指数进行优化。通过算例分析了该方法用于计算变质量破碎岩体渗透性参量的可行性及准确性。研究结果表明:随着细小颗粒的迁移流失,破碎岩体在恒定的压力梯度下,渗流速度和渗透率增加,非Darcy流β因子和加速度系数降低。 展开更多

关键词 变质量 破碎岩体 渗流 渗透性参量 方法

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含瓦斯煤渗透率动态演化模型 被引量：42

16

作者 魏建平 秦恒洁 +1 位作者 王登科 姚邦华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1555-1561,共7页

瓦斯排采过程中煤层渗透率会随着瓦斯压力的变化而动态变化,渗透率的动态演化主要是由有效应力改变及煤体基质收缩两种因素共同作用的结果。基于裂隙平板模型,理论推导了瓦斯解吸、扩散及渗流过程中煤体渗透率的变化关系。利用表面化学... 瓦斯排采过程中煤层渗透率会随着瓦斯压力的变化而动态变化,渗透率的动态演化主要是由有效应力改变及煤体基质收缩两种因素共同作用的结果。基于裂隙平板模型,理论推导了瓦斯解吸、扩散及渗流过程中煤体渗透率的变化关系。利用表面化学与有效应力理论,构建了该过程中基质收缩和有效应力增大等因素影响下的渗透率动态演化模型。根据矿井煤层实测参数,对模型进行了求解。计算结果显示:渗透率与瓦斯压力的关系呈现一种非对称"U"字型变化规律。最后通过渗透率计算结果与实验室实测结果的对比分析,两者吻合度较高,进而验证了理论模型的正确性。 展开更多

关键词 含瓦斯煤 动态渗透率 有效应力 基质收缩 孔隙率

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冲击载荷作用下煤的破坏特性试验研究 被引量：38

17

作者 王登科 刘淑敏 +2 位作者 魏建平 姚邦华 彭明 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期594-600,共7页

为研究煤的动态破坏特征,利用霍普金森压杆(SHPB)实验系统开展了不同应变率下的煤样冲击实验,分析了煤动态力学特性及其力学参数随应变率的变化规律,研究了煤样破坏形式,并利用分形理论定量描述了煤破坏后的自相似性。研究结果表明:煤... 为研究煤的动态破坏特征,利用霍普金森压杆(SHPB)实验系统开展了不同应变率下的煤样冲击实验,分析了煤动态力学特性及其力学参数随应变率的变化规律,研究了煤样破坏形式,并利用分形理论定量描述了煤破坏后的自相似性。研究结果表明:煤的动态应力-应变曲线基本不存在下凹段,可划分为线弹性阶段、弹塑性阶段和塑性软化3个阶段;煤的平均应变率和最大应变率随冲击气压的增加符合指数增长规律,动态弹性模量和动态抗压强度随应变率遵循线性变化规律;冲击载荷作用下,煤的破坏主要以劈裂破坏和碎裂破坏2种形式出现,且破碎后的形态具有明显的自相似性,其分形维数随应变率线性增加;动态抗压强度、弹性模量与分形维数近似正相关关系。研究结果对于解决当前深部矿山采掘等工程实际问题具有一定的理论意义和实用价值。 展开更多

关键词 煤体 SHPB 力学特性 破坏形态 块度分形

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基于工业CT扫描的瓦斯压力影响下含瓦斯煤裂隙动态演化特征 被引量：27

18

作者 王登科 张航 +5 位作者 魏建平 吴岩 张宏图 姚邦华 付建华 赵立桢 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3550-3564,共15页

为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律,利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验,获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果,通过三维重构技术得到了... 为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律,利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验,获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果,通过三维重构技术得到了含瓦斯煤的数字化模型,运用图像分析处理软件对数字化模型进行了裂隙结构的精确提取,实现了含瓦斯煤内部裂隙结构空间形态的可视化展布,并结合分形理论对含瓦斯煤内部裂隙结构进行了定性和定量分析。研究结果表明:围压一定时,不同瓦斯压力下受载含瓦斯煤的全应力-应变曲线变化趋势大致相同,均经历了5个变形阶段,即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段和残余变形阶段,含瓦斯煤的峰值强度、弹性模量和残余强度均随瓦斯压力的增大而线性减小;全应力-应变过程中,在瓦斯压力作用下,含瓦斯煤二维裂隙的分形维数和裂隙像素比变化趋势基本一致,呈现出先减少(或不变)后加速增大再增速放缓的变化规律;含瓦斯煤三维裂隙的裂隙率、裂隙密度和三维分形维数变化趋势基本一致,均呈现出缓慢下降、缓慢增长和急剧增长的三阶段式演化规律;破坏失稳后,含瓦斯煤裂隙像素比和二维分形维数随瓦斯压力的增加而线性增大,并且含瓦斯煤的裂隙密度、裂隙率和三维分形维数也随之线性增加;瓦斯气体的存在促进了受载含瓦斯煤的裂隙扩展和贯通,二维裂隙和三维裂隙的数量及网络复杂程度随着瓦斯压力的升高均增大;吸附瓦斯的非力学作用和游离瓦斯的气楔膨胀作用共同导致了含瓦斯煤力学性质的整体弱化。 展开更多

关键词 裂隙动态演化 瓦斯压力 工业CT扫描 三维数字重构 分形维数

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裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究 被引量：25

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作者 魏建平 姚邦华 +3 位作者 刘勇 王登科 崔鹏飞 姚帅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期204-212,共9页

研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析,推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程... 研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析,推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程,构建了浆液对裂隙煤体的堵漏降渗的变质量渗流模型。其次,利用注浆实验系统对裂隙煤样开展注浆试验,对注浆前后煤样分别进行CT扫描观测以及渗透率实验测定;最后,在理论模型的基础上,根据实验条件确定数值模拟初始条件及边界条件,对裂隙煤体注浆浆液扩散和降渗规律开展了数值模拟研究,结果表明:建立的基于裂隙煤体注浆的变质量渗流模型较好地反映浆液颗粒沉积过程对煤体裂隙结构及渗透率的影响;模型计算的浆液扩散与渗透率变化规律与试验结果吻合较好,验证了模型的合理性;在浆液渗流扩散作用下,煤体裂隙内浆液颗粒逐渐扩散并沉积,裂隙不断被充填,导致裂隙煤体渗透率不断下降。研究成果为定量分析注浆浆液颗粒运移规律、强化抽采钻孔封孔效果提供了新的思路。 展开更多

关键词 裂隙煤体 浆液扩散 变质量 渗流模型

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煤层气注热开采的热-流-固耦合作用分析 被引量：24

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作者 张凤婕 吴宇 +2 位作者 茅献彪 张丽萍 姚邦华 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2012年第4期505-510,共6页

如何提高煤层气产量是目前煤层气开采研究中的重要课题。煤层气在煤层孔隙中主要以吸附状态存在,提高煤层温度可以促使气体由吸附态转变为游离态,增加其渗流扩散能力。根据热弹性力学、非线性达西渗流理论和多孔介质热力学原理,对在煤... 如何提高煤层气产量是目前煤层气开采研究中的重要课题。煤层气在煤层孔隙中主要以吸附状态存在,提高煤层温度可以促使气体由吸附态转变为游离态,增加其渗流扩散能力。根据热弹性力学、非线性达西渗流理论和多孔介质热力学原理,对在煤层中注热提高煤层气产量的机理进行了系统研究,建立了包含煤的变形方程、气体渗流方程、热传导方程的热流固多物理场耦合数学模型。在此基础上利用COMSOL Multiphysics数值软件,对耦合模型进行了数值求解,结果表明:注热后煤层温度升高可以促进煤层气解吸、提高煤层渗透率,增加煤层气产量。研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论基础。 展开更多

关键词 热流固耦合方程 双重孔隙介质 煤层气开采 渗透率

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