煤的渗透率与应变变化关系的实验研究

通过煤的全程应力-应变曲线和煤的渗透特性理论分析,定性地分析了煤的渗透率-应变关系.进行了含瓦斯煤三轴压缩实验,系统地研究了含瓦斯煤在全程应力-应变过程中煤的渗透率和应变的关系.根据大量的实验数据,拟合得到煤的渗透率和应变变化的经验方程.     

基质收缩效应对含瓦斯煤渗流影响的实验分析

以山西晋城煤业集团赵庄矿和寺河矿的3“煤层原煤为研究对象,利用自主研制的合瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,通过保持有效应力恒定以消除其引起的渗透率变化,并同时考虑到滑脱效应对渗透率的影响,进行了He和CH。在不同气体压力条件下煤渗透率的平行实验,定量考察了煤基质收缩效应对煤岩渗透率的影响。实验结果表明：1）在低瓦斯压力条件下,煤渗透率表现出较显著的滑脱效应,且随着瓦斯压力的增加,煤样的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,赵庄矿和寺河矿煤样的滑脱效应拐点均为0．9MPa左右;2）当有效应力恒定时,随着瓦斯压力增加,由滑脱效应引起的煤渗透率变化量逐渐减小,而由基质收缩效应引起的渗透率变化量逐渐增     

含瓦斯煤的有效体积应力与渗透率关系

在现有有效应力计算公式基础上,考虑多孔介质在三轴压缩状态下产生损伤的影响,修正了有效应力计算公式,并通过试验验证了该公式可以较好的描述含瓦斯煤在三轴压缩下的全应力-应变过程。三轴压缩下渗流试验表明:含瓦斯煤样在峰值点前的有效体积应力和渗透率为负指数关系;在峰值点后,有效体积应力和渗透率仍然存在指数关系,但系数发生了变化,和峰值点前不同。含瓦斯煤样的渗透率同有效体积应力呈反方向变化,即在有效体积应力增大时,渗透率减小,反之亦然。     

热力耦合作用下煤样瓦斯渗透特性数值模拟

针对含瓦斯煤渗透率在热力耦合作用下的演变规律,利用多物理场耦合控制方程建立相应的数值模型,对实验工况进行数值求解.将实验及数值模拟结果进行对比分析得出如下结论:1综合不同瓦斯压力情况下的轴压、围压对渗透率影响,模拟结果中渗透率普遍高于实验数据;2模拟计算得到的围压与渗透率之间呈指数关系,与实验结果的吻合度较高;3利用COMSOL Multiphysics数值模拟研究热力耦合情况下含瓦斯煤渗透率的影响规律,轴压处于高应力场下的模拟吻合度高于低应力场,采用单孔瓦斯渗流模型对高应力场的计算吻合度更好。     

煤岩渗透率与煤与瓦斯突出关系理论探讨

为预测和防治煤与瓦斯突出,从断裂力学角度,在细观上分析阐述了原始环境条件下饱和瓦斯煤岩体受采掘活动影响,在围岩应力增高情况下,其内部裂隙发生发展过程与渗透率之间的关系,由此分析说明了煤岩体渗透率的变化对煤岩体和瓦斯突出的影响,对研究和防止矿井煤与瓦斯构成的固流耦合系统的失稳破坏,造成煤与瓦斯突出提供了一个新的思路。     

微波辐射作用下构造煤渗透率变化规律研究

基于自主知识产权的微波辐射三轴加载实验系统,设计煤样在不同微波辐射功率、辐射时间及有效应力作用下的渗流实验,分析影响煤样渗透率的关键因素,并对实际构造煤层内渗透情况进行合理预测。以温升实验为基础得到煤样表面温度、辐射功率及辐射时间的拟合公式。分析渗透率的主要影响因素：有效应力、辐射功率,并对其进行敏感性分析。以能耗比的方式分析辐射功率与辐射时间的协同增渗情况,得出应选择较高微波辐射功率增渗的结论。通过辐射功率、辐射时间与有效应力对煤样渗透率影响的分析,使微波辐射增渗机理更加明确,对微波辐射热采技术具有理论参考及产能预测的指导作用。     

含瓦斯软弱煤三轴力学特性试验

以由具有突出倾向的软弱煤制备的型煤试件为研究对象,对围压、瓦斯压力二因素对含瓦斯软弱煤的力学特性影响进行了系统研究.试验结果表明:围压对含瓦斯软弱煤的力学性质具有明显影响,随着围压的增大,含瓦斯软弱煤的压密阶段不明显且三轴强度逐渐增加;围压对含瓦斯软弱煤弹性模量影响不明显,对应力应变曲线形状影响亦不明显.随着瓦斯压力的增加,煤样强度呈减小趋势;围压较小时,含瓦斯软弱煤强度受瓦斯压力影响较显著,而围压较大时影响较小;瓦斯压力对含瓦斯软弱煤的杨氏模量影响不明显,且对煤样进入屈服阶段的变形量影响亦不明显;瓦斯压力对煤样具有显著的力学影响,而且也存在明显的化学作用;含瓦斯软弱煤的应力应变曲线可由二次曲线表征,并认为瓦斯压力影响可归结为等效围压效应.     

三轴压缩下突出煤粘弹塑性蠕变模型

煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一,研究突出煤的蠕变特性是认识煤与瓦斯延迟突出机理的重要方向。采用自行研制的突出煤蠕变渗流试验装置,对取自松藻煤矿的煤样进行了突出煤三轴蠕变试验。蠕变试验数据分析表明,突出煤在低于其长期强度载荷条件下表现出一种衰减蠕变特性,在高于其长期强度载荷条件下则表现出非衰减蠕变特性。通过引入能描述非牛顿流体变形特性的粘弹塑性体,结合鲍埃丁-汤姆逊体建立了突出煤粘弹塑性蠕变模型。利用Matlab编程拟合出了模型的相关参数,并根据突出煤的三维蠕变试验结果对蠕变模型进行了验证。试验结果与理论结果对比表明,所提出的突出煤的蠕变模型能有效地反映突出煤各种蠕变阶段的变形特性,尤其是加速蠕变阶段,充分体现了所建立的突出煤粘弹塑性蠕变模型的正确性与合理性。     

初应力作用下孔隙介质升温时渗透率变化规律

为研究不同地应力作用下的油气储层热采过程中渗透率的变化规律,利用自主研制的热流固三场耦合渗流试验系统,选用难被孔隙介质吸附的氦气作为渗流气体,并考虑氦气黏度随温度和压强的变化,消除孔隙介质对渗流气体的吸附和气体黏度变化对渗透试验的影响,开展不同初始应力条件下煤岩试件升温渗透试验。结果表明:孔隙介质渗透率随温度升高先增大后减小,呈非单调非线性变化规律,并存在与初始有效应力有关的拐点温度,这是由于在拐点温度之前,温度应力小于初始有效应力,固体骨架向外膨胀,孔隙空间增大,渗透率增大,超过拐点温度后,温度应力大于初始有效应力,固体骨架向孔隙内膨胀挤占孔隙空间,渗透率降低;渗透率变化拐点温度随初始体积应力的增大而减小,温度应力升高速率随初始体积应力增加而增大。     

三轴条件下递增瓦斯压力和煤样孔隙结构对瓦斯解吸-渗流影响研究

煤体孔隙结构是影响矿井瓦斯抽采的根源因素,而瓦斯抽采涉及瓦斯解吸-渗流等运移阶段,因此,研究煤体孔隙结构对三轴原位赋存条件下瓦斯解吸-渗流规律的影响十分必要。通过煤层气流固耦合测试平台,对5种代表性煤样进行解吸-渗流试验,研究了递增瓦斯压力下不同煤样解吸量和渗流速率随时间的变化规律,分析了解吸量、渗流速率与递增瓦斯压力相关性。结果表明：在轴压4.0 MPa和围压3.5 MPa条件下,5种典型煤样解吸量、渗流速率随时间变化过程均可分为快速增长、缓慢增长和稳定维持阶段;在瓦斯解吸阶段,赵固二矿(ZG)煤样解吸时间远大于其他煤样,但其解吸量远小于其他煤样,主要是其微小孔与中大孔之间的孔喉结构较多,较小孔喉及封闭孔喉占比较大;瓦斯压力从1.5 MPa递增至2.7 MPa,大柳塔(DLT)煤样解吸率增加最大为54%,而ZG煤样解吸率在40%上下波动(幅度小于4%),瓦斯压力对ZG煤样孔隙结构破坏远低于其他煤样;在瓦斯渗流阶段,煤样瓦斯渗流速率随瓦斯压力递增表现为显著的线性正相关,主要是高瓦斯压力对煤样孔隙和裂隙的扩容效应更强,瓦斯渗流速率将决定现场瓦斯抽采效率,而瓦斯解吸量大小将影响瓦斯抽采能力,二者将共同决定瓦斯抽采效果。基于煤样孔隙结构和递增瓦斯压力条件提出三轴煤样瓦斯解吸-渗流机理,对现场瓦斯抽采及瓦斯灾害防治具有一定借鉴意义。     

压缩荷载下煤岩损伤演化规律细观实验研究

利用计算机层析摄影技术 (CT)进行了单轴压缩荷载作用下脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数 .根据实验结果可把白皎煤矿煤岩细观损伤演化规律全过程分为 5个阶段 :损伤弱化阶段、准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段、峰后软化阶段 .通过对CT数及其方差进行分析 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律 ,为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据 .     

吸附瓦斯对煤体渗透性影响的试验研究

在不同的围压、轴压、渗透压组合条件下,对乡宁2号焦煤100mm×100mm×200mm的大尺寸煤样进行了瓦斯气体吸附前后的渗透性试验。结果表明:乡宁2号焦煤的渗透率随体积应力呈阶段性变化规律,在加载初期,渗透率随体积应力有一定程度增加,随后开始迅速降低;在加载后期,渗透率缓慢下降;体积应力较低时,提高渗透压能在一定程度上提高煤体渗透率,但是随着体积应力的增长,这一作用效果减弱;煤体吸附瓦斯后,在相同体积应力与渗透压条件下,煤体的渗透率下降十分明显,平均降低9.14%～26.99%。     

特低渗五点井网长缝压裂渗流规律研究

本文以相似理论为基础,通过水电模拟实验模型模拟了五点井网直井压裂,测定了电压分布和电流密度,研究了裂缝各参数对渗流场的影响。实验结果表明,压力等势线以裂缝为轴呈椭圆分布,随着裂缝旋转而旋转;裂缝穿透比越大,对渗流场的影响范围就越大,压裂井附近渗流由径向流向线性流转变的趋势就越大。     

固化黄土渗透特性的试验研究

以取自于山西不同地点的两种黄土为研究对象,选用水泥、生石灰、高分子材料SH固化剂及组合进行加固处理,通过变水头渗透试验,测定了素黄土及加固黄土在设计干密度下的渗透系数,并探讨渗透试验条件下各种影响因素对其渗透特性的影响规律.结果表明:两种黄土经重塑压实后的渗透系数均较小,黄土1略大于黄土2,基本能满足渠道等工程的防渗要求;对于防渗要求比较高的黄土工程,用水泥、生石灰和SH均可进一步改善其抗渗性,固化黄土后的渗透系数减小,固化黄土的渗透系数随着固化剂掺量和养护龄期的增长而减少.生石灰与SH相比,生石灰对固化土的渗透性影响更大.     

公乌素地区16号煤层注水渗透系数的实验研究

通过实验的方法对公乌素地区16号煤层煤样注水渗透系数进行测定。研究表明,其渗透系数随体积应力的增加呈负指数规律衰减,随孔隙水压力的增加呈正指数规律增加,随开采深度的增加逐渐减小。研究结果对该地区16号煤层的注水、瓦斯抽放等工程实践具有一定的意义。     

超声波传感器谐振规律的实验研究

由于晶体超声波谐振子泛音的存在,谐振频率点并不唯一。而超声波测量系统频率的选择至关重要。为确定用于流量测量的超声波传感器的谐振频率,设计了实验测试方案,即用函数信号发生器给发射传感器输入幅度相同、频率不同的方波激励信号,用示波器观测接收传感器输出信号,记录接收探头随频率递增时,幅度较大极值点所对应的频率。然后,以数据拟合的方法寻求晶体超声波谐振子各谐振频率点分布的规律。实验结果表明：根据这些幅度较大极值点寻求的谐振频率点分布的拟合线,基本符合一般极值点对应频率的分布规律,反过来证明了研究所得的该种传感器谐振频率点分布规律的正确性,这为流量测量中超声波频率设定提供依据。     

单轴压缩下煤体声发射特征及损伤演化过程分析

声发射是煤等脆性材料破坏过程中经常伴随的现象,是脆性材料因外力受损在其内部以弹性波快速释放出来的应变能,因应力分布不均匀所导致的由不稳定高能态向稳定的低能态过渡时产生的松弛过程,其活动性反映了煤微观破坏的活动性.通过声发射振铃计数率和能量计数率的特征研究了煤岩在各阶段的损伤演化过程,确定了煤损伤各个阶段的损伤临界值.     

聚能射流作用下固井水泥裂纹特征实验研究

针对射孔完井作业中水泥环完整性失效,导致后续压裂过程中出现环空窜流的问题,通过柱形靶射孔实验模拟射孔弹对井筒的侵彻过程,借助数码显微镜与Nano Measurer软件对射孔后水泥石的裂纹特征及分布情况进行了显微观察分析,同时研究了水泥养护前浆体密度、射孔弹药型罩直径及地层围压等参数对射孔段水泥环裂纹特征的影响规律.结果...     

小麦籽粒压缩特性的实验研究

使用Brookfield质构仪对两个品种小麦(宁麦13,鲁原502)籽粒在短轴和中轴上进行了压缩试验,测定并计算出小麦籽粒的压缩特性,分析了含水率对小麦籽粒压缩特性的影响,给出了小麦籽粒压缩破坏力与含水率关系模型。实验及计算结果表明:随着含水率的增加,小麦籽粒的破坏力减小,与含水率呈线性关系,破坏能、表观接触弹性模量、破坏应力等减小,然而,破坏应变增大。小麦品种的籽粒尺寸越大,其压缩特性(破坏力、破坏能、破坏应变、表观接触弹性模量、破坏应力)越大,小麦含水率达到一定程度时(宁麦13含水率为18.01%w.b.,鲁原502含水率为16.92%w.b.),籽粒结构软化,压缩时不出现破裂。     

低渗透油田产量的递减规律

常规产量递减规律不能很好地反映低渗透油藏的生产特征.笔者针对低渗透油藏的基本特性,利用低渗透的渗流理论,推导出低渗透油藏产量递减方程,分析得出结论:进行低渗透油藏的产量递减,必须考虑启动压力的影响.启动压力越大,初始产量越小,但有启动压力的递减速率比没有启动压力的递减速率要小;且累计产量随启动压力的增大而减小.