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抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究
1
作者
张天军
武晋宇
+3 位作者
庞明坤
张磊
孟
钰
凯
刘荣涛
《采矿与安全工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第3期645-654,共10页
瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样...
瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样分层界面对孔隙结构属性参数的影响进行了分析。结果表明:单一孔径试样在同一渗流速度下,随着孔径的增加,渗透状态逐渐由层流过渡到紊流,渗流阻力由黏滞阻力为主发展成惯性阻力为主,双重孔径组合试样最小孔径大小是影响孔压梯度变化的先决条件;双重孔径组合煤体平均颗粒粒径介于0.1~1.025 mm,孔喉比分布在2~4,且渗透压降随孔喉比的增加呈二次曲线规律增长;孔径大小的变化对渗透率的影响较大,随着初始孔径的增大,其影响瓦斯通过煤体的能力增强;单一孔径试样与双重孔径组合试样非达西流因子分别与粒径的倒数和粒径差的倒数呈线性关系,且随着非达西流因子的增加,非达西渗流效应越来越明显,说明非达西流β因子增长趋势受孔径大小的影响,且孔径大小突增导致流体与渗透骨架的相对接触面积减小,非达西流β因子进一步增加;可见,在瓦斯运移过程中,钻孔孔周煤体的破碎程度与煤层渗透性具有良好的一致性,结合渗透率与非达西影响因子,可以对试样孔隙几何结构参数作出定量描述,从而揭示孔隙结构变化对渗流阻力的影响。
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关键词
抽采钻孔
瓦斯渗流
破碎煤岩
渗流阻力
界面改变
原文传递
砾石含水层中质量流失对孔隙渗透率的影响
被引量：
2
2
作者
张天军
李洋
+2 位作者
庞明坤
孟
钰
凯
张硕
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期2360-2368,共9页
突水溃沙灾害发生过程中砾石含水层内部沙粒流失是导致其渗透性改变的重要原因。为研究质量流失过程中砾石含水层的渗透性演化规律,采用轴向压缩位移控制法,研究了不同初始孔隙度试样在不同初始水压梯度下沙粒流失规律,并对变质量渗透...
突水溃沙灾害发生过程中砾石含水层内部沙粒流失是导致其渗透性改变的重要原因。为研究质量流失过程中砾石含水层的渗透性演化规律,采用轴向压缩位移控制法,研究了不同初始孔隙度试样在不同初始水压梯度下沙粒流失规律,并对变质量渗透过程中初始孔隙度对渗透率的演化敏感性进行分析。结果表明:①在沙粒流失过程中水压梯度与流量首先由初始值开始缓慢变化,随后渗透状态发生突变,水压梯度骤降,流量剧增,最终2者稳定于某一数值,增大初始孔隙度和初始水压梯度均会使突变时刻提前;②渗透过程中沙粒的流失受水压梯度、孔隙度、沙粒径等因素的综合影响,相同条件下细沙更易流失,根据初始孔隙度φ_(0)与初始水压梯度G_(p0)对沙粒流失量的影响给出了孔隙度变化量E的表达式,能够对渗透过程中孔隙结构的变化给出定量描述;③渗透状态经历突变后,各试样渗透率由10^(-13)增至10^(-11)m^(2)量级,随初始水压梯度的增大,孔隙度敏感系数下降,其中φ_(0)=0.404的孔隙度敏感系数曲线峰值一度由550下降至200左右,各曲线峰值时刻随φ_(0)与G_(p0)的增大而提前,且均处于突变阶段前,说明初始孔隙度对于渗透率的影响在渗透状态突变之前较为明显,随初始水压梯度的提升,初始孔隙度对于整个渗透过程的影响降低;综合以上结果,沙粒流失规律与含水层渗透性能改变具有良好的一致性,结合孔隙度变化量E与孔隙度敏感系数C可以对突水溃沙过程中含水层渗透性能的演变趋势作出预测,对其影响规律的研究可作为含水层注浆改造工程中设计实施与效果评估的重要参考依据。
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关键词
突水溃沙
渗透率
孔隙度
颗粒流失
敏感性分析
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职称材料
有效应力对孔周破裂煤体渗透率演化规律的影响
被引量：
1
3
作者
张天军
孟
钰
凯
+2 位作者
庞明坤
张磊
武晋宇
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第S01期122-131,共10页
有效应力是影响煤体渗流特性的主要原因。为研究瓦斯预抽过程中钻孔周围破裂煤体的渗透特性演化,基于Ergun方程,利用多孔介质有效应力理论,开展4种不同级配混合粒径破碎煤体的渗流试验,研究了在三轴应力作用下不同孔隙结构煤体孔隙结构...
有效应力是影响煤体渗流特性的主要原因。为研究瓦斯预抽过程中钻孔周围破裂煤体的渗透特性演化,基于Ergun方程,利用多孔介质有效应力理论,开展4种不同级配混合粒径破碎煤体的渗流试验,研究了在三轴应力作用下不同孔隙结构煤体孔隙结构特征,得到了有效应力对孔隙结构煤体渗流的作用机制。研究结果表明:①在三轴应力下破碎煤体内部渗流状态贴近于非Darcy渗流,当围压一定时,轴向压力越大,其非线性拟合的现象更加显著。②粒径级配和孔隙率等骨架状态参数影响破碎煤体渗透性能,基于Ergun方程推导出孔隙率与渗透率和非Darcy流因子之间的函数关系式,得到破裂煤样孔隙结构变化与渗透率和非达西流因子的变化规律符合指数函数拟合。③在三轴作用下,在有效应力加载到0.55~0.75 MPa区间情况下,煤样的渗透率急剧减小,特别是在n=0.8的情况下,渗透率减小幅度最大,而在有效应力加载超过0.75 MPa的情况下,渗透率减小速度越来越小,渗透率随有效应力演化的规律可用k=ae^(bσ_(e))+c公式表示。综合以上结果,在孔周煤体受到外部应力(地应力)和内部应力(孔隙压力)共同作用时,破裂煤体的渗流规律与骨架变形和孔隙结构变化密切相关,结合有效应力变化与孔隙渗透率之间的内在联系,可以准确计算出瓦斯预抽过程中孔周煤体渗透性能演变历程,对破裂煤体渗流规律的研究可作为瓦斯抽采设计实施与效果评估的重要参考依据。
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关键词
渗流特性
有效应力
破裂煤样
渗透率
孔隙率
下载PDF
职称材料
题名
抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究
1
作者
张天军
武晋宇
庞明坤
张磊
孟
钰
凯
刘荣涛
机构
西安科技大学安全科学与工程学院
西安科技大学能源学院
出处
《采矿与安全工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第3期645-654,共10页
基金
国家自然科学基金项目(52104216)
中国博士后科学基金项目(2020M683680XB)
陕西省自然科学基金项目(2021JM-390)。
文摘
瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样分层界面对孔隙结构属性参数的影响进行了分析。结果表明:单一孔径试样在同一渗流速度下,随着孔径的增加,渗透状态逐渐由层流过渡到紊流,渗流阻力由黏滞阻力为主发展成惯性阻力为主,双重孔径组合试样最小孔径大小是影响孔压梯度变化的先决条件;双重孔径组合煤体平均颗粒粒径介于0.1~1.025 mm,孔喉比分布在2~4,且渗透压降随孔喉比的增加呈二次曲线规律增长;孔径大小的变化对渗透率的影响较大,随着初始孔径的增大,其影响瓦斯通过煤体的能力增强;单一孔径试样与双重孔径组合试样非达西流因子分别与粒径的倒数和粒径差的倒数呈线性关系,且随着非达西流因子的增加,非达西渗流效应越来越明显,说明非达西流β因子增长趋势受孔径大小的影响,且孔径大小突增导致流体与渗透骨架的相对接触面积减小,非达西流β因子进一步增加;可见,在瓦斯运移过程中,钻孔孔周煤体的破碎程度与煤层渗透性具有良好的一致性,结合渗透率与非达西影响因子,可以对试样孔隙几何结构参数作出定量描述,从而揭示孔隙结构变化对渗流阻力的影响。
关键词
抽采钻孔
瓦斯渗流
破碎煤岩
渗流阻力
界面改变
Keywords
extraction borehole
gas seepage
fractured coal and rock
seepage resistance
interface change
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
原文传递
题名
砾石含水层中质量流失对孔隙渗透率的影响
被引量：
2
2
作者
张天军
李洋
庞明坤
孟
钰
凯
张硕
机构
西安科技大学安全科学与工程学院
西安科技大学理学院
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期2360-2368,共9页
基金
国家自然科学基金面上资助项目(51774234)
陕西省自然科学基金面上资助项目(2021JM-390)。
文摘
突水溃沙灾害发生过程中砾石含水层内部沙粒流失是导致其渗透性改变的重要原因。为研究质量流失过程中砾石含水层的渗透性演化规律,采用轴向压缩位移控制法,研究了不同初始孔隙度试样在不同初始水压梯度下沙粒流失规律,并对变质量渗透过程中初始孔隙度对渗透率的演化敏感性进行分析。结果表明:①在沙粒流失过程中水压梯度与流量首先由初始值开始缓慢变化,随后渗透状态发生突变,水压梯度骤降,流量剧增,最终2者稳定于某一数值,增大初始孔隙度和初始水压梯度均会使突变时刻提前;②渗透过程中沙粒的流失受水压梯度、孔隙度、沙粒径等因素的综合影响,相同条件下细沙更易流失,根据初始孔隙度φ_(0)与初始水压梯度G_(p0)对沙粒流失量的影响给出了孔隙度变化量E的表达式,能够对渗透过程中孔隙结构的变化给出定量描述;③渗透状态经历突变后,各试样渗透率由10^(-13)增至10^(-11)m^(2)量级,随初始水压梯度的增大,孔隙度敏感系数下降,其中φ_(0)=0.404的孔隙度敏感系数曲线峰值一度由550下降至200左右,各曲线峰值时刻随φ_(0)与G_(p0)的增大而提前,且均处于突变阶段前,说明初始孔隙度对于渗透率的影响在渗透状态突变之前较为明显,随初始水压梯度的提升,初始孔隙度对于整个渗透过程的影响降低;综合以上结果,沙粒流失规律与含水层渗透性能改变具有良好的一致性,结合孔隙度变化量E与孔隙度敏感系数C可以对突水溃沙过程中含水层渗透性能的演变趋势作出预测,对其影响规律的研究可作为含水层注浆改造工程中设计实施与效果评估的重要参考依据。
关键词
突水溃沙
渗透率
孔隙度
颗粒流失
敏感性分析
Keywords
water and sand inrush
permeability
porosity
particle loss
sensitivity analysis
分类号
TD745 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
有效应力对孔周破裂煤体渗透率演化规律的影响
被引量：
1
3
作者
张天军
孟
钰
凯
庞明坤
张磊
武晋宇
机构
西安科技大学安全科学与工程学院
西安科技大学能源学院
出处
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第S01期122-131,共10页
基金
陕西省自然科学基金资助项目(2021JM-390)
中国博士后科学基金资助项目(2020M683680XB)
文摘
有效应力是影响煤体渗流特性的主要原因。为研究瓦斯预抽过程中钻孔周围破裂煤体的渗透特性演化,基于Ergun方程,利用多孔介质有效应力理论,开展4种不同级配混合粒径破碎煤体的渗流试验,研究了在三轴应力作用下不同孔隙结构煤体孔隙结构特征,得到了有效应力对孔隙结构煤体渗流的作用机制。研究结果表明:①在三轴应力下破碎煤体内部渗流状态贴近于非Darcy渗流,当围压一定时,轴向压力越大,其非线性拟合的现象更加显著。②粒径级配和孔隙率等骨架状态参数影响破碎煤体渗透性能,基于Ergun方程推导出孔隙率与渗透率和非Darcy流因子之间的函数关系式,得到破裂煤样孔隙结构变化与渗透率和非达西流因子的变化规律符合指数函数拟合。③在三轴作用下,在有效应力加载到0.55~0.75 MPa区间情况下,煤样的渗透率急剧减小,特别是在n=0.8的情况下,渗透率减小幅度最大,而在有效应力加载超过0.75 MPa的情况下,渗透率减小速度越来越小,渗透率随有效应力演化的规律可用k=ae^(bσ_(e))+c公式表示。综合以上结果,在孔周煤体受到外部应力(地应力)和内部应力(孔隙压力)共同作用时,破裂煤体的渗流规律与骨架变形和孔隙结构变化密切相关,结合有效应力变化与孔隙渗透率之间的内在联系,可以准确计算出瓦斯预抽过程中孔周煤体渗透性能演变历程,对破裂煤体渗流规律的研究可作为瓦斯抽采设计实施与效果评估的重要参考依据。
关键词
渗流特性
有效应力
破裂煤样
渗透率
孔隙率
Keywords
seepage characteristics
effective stress
fractured coal samples
permeability
porosity
分类号
TD712 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究
张天军
武晋宇
庞明坤
张磊
孟
钰
凯
刘荣涛
《采矿与安全工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2024
0
原文传递
2
砾石含水层中质量流失对孔隙渗透率的影响
张天军
李洋
庞明坤
孟
钰
凯
张硕
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
下载PDF
职称材料
3
有效应力对孔周破裂煤体渗透率演化规律的影响
张天军
孟
钰
凯
庞明坤
张磊
武晋宇
《煤炭科学技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
1
下载PDF
职称材料
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