水体下煤炭开采渗流实验研究

水下煤矿开采在进行相似材料实验研究时都应进行固液两相模拟,但由于对两相实验材料的研究一直未取得突破性进展而未成功.在成功研制固液耦合实验材料的基础上制作了固液两相相似材料模拟模型,通过水体下煤矿开采渗流实验模拟,得出了水在工程破坏岩体中的渗流以及岩体在渗流场作用下的破坏规律,取得了保水开采的合理参数.实验所得的参数为现场开采实践所证实,这为水体下煤矿安全开采设计、矿区水资源保护、绿色矿区的实现提供了可靠的依据.     

水库下伏采空区渗流场耦合模拟分析

基于扰动情况下岩体应力场与渗流场相互作用机理,确定了应力场环境下岩体渗流参数的计算公式以及耦合模型中渗透体积力的加载方程,采用有限元分析软件ANSYS,运用物理环境耦合方法,介绍了水库下伏扰动岩体渗流场模拟分析的方法及流程,并对某库区下伏岩体渗流场进行了模拟分析,通过对该库区下伏采空区渗流场进行分析,对库区及采空区提出了处理建议.     

考虑解吸扩散过程的煤层气流固 耦合渗流研究

煤层甲烷运移包含解吸、扩散和渗流过程,同时又存在渗流场、变形场和应力场的动态耦合作用。本文建立考虑解吸、扩散过程的气、水两相渗流场与煤岩体变形场以及物性参数间耦合作用的多相流体流固耦合渗流模型并进行了数值模拟,通过试井资料的实际数据与流固耦合模型的数值模拟的结果比较表明流固耦合模型比较接近实际。     

相似模拟实验材料的流固耦合参数测试

为了研究连续介质的流固耦合作用,在推导岩体力学和流体力学相似条件的基础上,确定了流固耦合相似模拟的准则,研制的以石蜡为胶凝剂的流固相似模拟实验材料,其耦合参数与原型相似,性质满足流固耦合相似模拟实验要求。通过神府矿区某矿1-2煤层开采的流固耦合相似模拟实验,研究结果表明:模拟所得出的采煤工作面上覆岩层的运动破坏及裂隙演化规律与现场一致,潜水渗流规律和其它参数也与原型相似。证明了实验材料的选取正确和耦合参数的确定合理。     

坝区裂隙岩体渗流场与应力场耦合分析

分析了裂隙岩体渗流场与应力场相互作用的实质,提出了渗流的渗透体积力、渗透压力以及对应力场的影响机理;采用有限元数值模拟的方法计算出渗流场影响下的应力场分布、应力场影响下的渗流场分布以及应力场和渗流场各自非耦合分布.以工程实例说明:在渗流作用力的影响下,坝基的各应力分量都增大,对坝基的稳定造成了不利影响.     

基于固—气耦合物理相似模拟的实验装置研究

采动裂隙演化与卸压瓦斯渗流耦合的物理相似材料模拟实验是研究采动影响下煤岩体渗透率变化规律及分布特征的基础,文中通过研制"固—气"耦合物理相似模拟实验台,设计耦合实验中的开采系统、充气系统和测试系统,进行了相似模拟实验及渗透率测定。开采系统保证箱体气密性的同时实现了煤层的模拟开采,测试系统验证了试验箱内气体在岩层中的流动规律符合达西定律,进而验证了实验装置的可行性,从而为研究采动裂隙场时空演化与卸压瓦斯渗流耦合规律的相似模拟实验奠定实验基础。     

岩体渗流场与应力场耦合理论研究成果

重大工程灾害和地质灾害大多是固－液耦合作用引起的，岩土体与水流（特别是地下水流）相互作用的机制、过程、关系以及非线性动力学模型，是解决这一问题的关键。仵颜卿承担的国家自然科学基金资助项目（４９５７２１６２）“水－岩非线性动力学模型研究”，陕西省自然科学计划研究资助项目“岩体裂隙网络系统动力学模型研究”等，深入研究了岩石力学与渗流力学交叉科学——岩体水力学的问题，运用地质调查、室内试验和力学分析相结合的方法，分析了岩体中渗流场与应力场的相互作用，提出了岩体渗流与应力相互作用的新理论，充实了岩体水力…     

三维固流耦合相似模拟理论与方法

从固流耦合的理论出发，通过建立的三维固流耦合数学模型，运用相似理论推导了三维固流耦合作用下的相似模拟准则。并通过大量相似材料配制试件的力学与渗透特性的实验，主要是其强度、渗透性、隔水性等，得出了几种典型的隔水层与含水层的相似材料配比，为今后真实再现工程实际中的固流耦合问题的研究提供模拟的理论依据及材料配比，同时介绍了作者单位研制的大型三维固流耦合相似模拟实验设备及其测试系统。     

岩体应力场与渗流场相互作用模型研究

通过对目前裂隙岩体渗流与应力耦合现状研究的资料查阅研究,对目前岩体应力场与渗流场的耦合作用模型进行研究,得到了一些有意的结论.     

柱状节理岩体渗流应力耦合作用特性研究

应用3DEC离散单元法模拟柱状节理岩体应力渗流耦合.分析柱状节理岩体模型耦合算法与非耦合算法计算结果的差异及耦合算法下柱状节理孔应力与流量的变化.采用耦合算法所得最大应力与位移均大于非耦合算法,在耦合算法下,裂隙渗流产生的渗流力改变了应力场的分布,而应力场的变化使得裂隙岩体的渗透系数发生变化,从而导致岩体渗流场的重新分布.计算结果表明孔应力以及流量的变化是一个相互影响的动态过程.研究成果证明了所用方法的合理性,对柱状节理岩体渗流应力耦合作用特性做出了初步的研究与分析.     

煤炭开发中相关渗流力学问题研究

煤碳是我国的主要能源,在能源消费结构中占居主导地位,煤岩体是一种典型的孔隙裂隙结构体,在煤炭资源开发的过程中涉及到一系列渗流力学问题.探讨了煤层中瓦斯渗流特征及其规律,分析了煤与瓦斯的流固耦合作用,介绍了煤与瓦斯突出的失稳判据;分析了煤矿生产过程中对地下水的污染,对酸性矿井水的水岩作用问题作了初步探讨,同时对煤矸石的环境效应也作了分析;随着煤层开采深度的增加,矿井热害越来越受到学者的重视,分析了矿井热害的形成机理及其影响因素.最后提出了煤层开采中渗流问题的研究方向.     

流固耦合相似材料模拟实验及技术

为了研究煤层开采中的流固耦合问题,在"固-液-气"三相模拟实验台的基础上进一步完善了流固耦合模拟实验平台的应力、位移、渗流测试系统及测试技术。针对富水风积沙层下采煤进行了模拟,实验中的矿压显现规律和潜水渗流规律与实际相吻合,证明了实验过程可信、结论可靠。实验设备和技术的完善突破了传统的单一固体模拟,为地下工程中流固耦合相似模拟实验取得了新进展。     

渗透性岩层介质油水两相渗流分析

准确模拟油藏中的流体流动过程,提示流体的分布规律,必须考虑由于注水和开采所引起的多相流体的渗流、应力状态的变化和储层变形之间的耦合作用。近年来引起中国学者的极大兴趣,成为油藏工程及相关领域研究的热点问题之一,基于岩石力学、渗流力学、地质力学、计算力学以及流固耦合渗流的基本理论,建立了多孔介质渗流场和应力场耦合的数学模型,采用有限元法进行了程序设计,通过数值模拟方法对渗透岩层介质井眼周围油水两相渗流规律进行了研究,用于解决实际工程问题。     

"深部开采底板突水控制论"研究意义及核心内容

在重点阐述深部开采底板突水控制论的研究意义、深入分析现有研究成果的基础上,强调岩体结构效应及多场耦合模拟是底板突水控制论的重要内容.     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

降雨条件下急倾斜煤层开采的仿真分析

基于多孔介质流体力学、高等土力学等理论,考虑降雨对急倾斜煤层开采的影响,建立降雨条件下急倾斜煤层开采的流固耦合模型,采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟。通过数值模拟,对降雨条件下急倾斜煤层顶底板附近雨水渗流以及产生的围岩变形进行深入分析,得出不同开采时步下围岩的位移情况,通过与未降雨时围岩变形的对比,得出降雨入渗导致围岩变形加剧的结论。在此基础上,提出了降雨条件下近地表急倾斜煤层围岩在开采过程中的变形情况,为安全开采与防护提供了理论基础和定理依据。     

考虑泥岩软化特性的油藏渗流场与地应力场耦合分析

为研究注水过程中流固耦合作用下套管损坏的力学机理,在传统的Biot方程基础上,考虑储层渗透性随地应力的变化关系及泥岩进水软化的本构关系,建立了注采过程中流体与固体介质的非线性耦合的数学模型;对大型有限元分析软件ABAQUS进行了二次开发,采用全耦合的有限元法对所建立的模型进行求解.对大庆油田南二区某块注水开发过程中,考虑泥岩软化和不考虑泥岩软化两种情况的计算对比表明,泥岩软化对地层特别是井壁附近围岩应力和变形影响很大.本文的研究结果为合理建立油藏注水开发的流固耦合计算模型,预测该地区地层变形、套管损坏等提供了依据.     

碳酸盐岩酸蚀裂缝渗流-传热特性

充分认识流体在碳酸盐岩酸蚀裂隙面上的渗流传热特性,实现地热能的可持续开发利用是十分必要的。针对碳酸盐岩热储非均质性和缝洞发育的突出特点,采用自主研发的实时高温常规三轴试验系统,能够真实模拟岩石裂隙的真实对流换热过程。采用试验和模拟相结合的方法,进行了碳酸盐岩裂缝渗流传热耦合机理研究。结果显示,裂缝表面进行非均匀性溶蚀,形成一条具有导流能力的人工裂缝,达到改善流体渗流条件的目的;在温度一定的条件下,对流换热系数增幅与流量、压强呈正相关;采用COMSOL Multiphysics软件对碳酸盐岩单裂隙渗流传热过程进行了模拟计算,开展了实际热储层环境条件下对流换热仿真分析,实验结果验证了数值模拟的正确性与可靠性,获得了储层温度场的演化规律。     

煤矿开采覆岩渗流场的有限差分分析

为了确保下沟矿在白垩系基岩裂隙承压强含水层下特厚煤层安全开采,结合煤矿的开采实际情况,利用有限差分软件FLAC3D流固藕合模块建立数值模型,分析了该矿开采过程中地下水渗流场的变化规律、覆岩稳定性以及覆岩变形情况,并结合井下电视对覆岩裂隙场的直接观测分析结果,确定导水裂隙高度,取得了试验工作面的成功开采,这对于控水采煤、含水地层煤矿的安全设计、提高煤炭资源回收等具有一定的指导意义。