破碎岩体渗流的试验及理论研究综述

阐述了破碎岩体渗流的研究意义,对其试验及理论研究现状分别进行了总结,给出了破碎岩体通过试验得到的各种非线性渗流公式,指出承压破碎岩体的渗流随着孔隙率的减小,渗透率减小,而Darcy流偏离因子的绝对值增加;然后根据破碎岩体渗流的非稳态非线性渗流动力学模型,通过平衡态的稳定性分析,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔及折叠突变;最后展望了破碎岩体渗流的研究趋势,指出破碎岩体变形场与渗流场的动态耦合及温度场与渗流场的耦合研究有待于深入.     

细长受压杆的分岔特性研究

利用Lagrange描述法建立了受压细长杆因弯曲引起的轴向位移与横向位移之间的关系,并建立了由偏微分方程组描述的非线性动力学模型.通过对偏微分方程组的简化,得到了仅含三次非线性项的非线性动力学模型,并利用谱截断方法对此模型进行降阶.利用Lyapunov第一近似理论讨论了降阶模型的分岔特性.研究表明,受压细长杆在弯曲过程中Lagrange坐标的不变性为研究其动力学行为带来极大的便利,压杆的稳定性分析宜采用Lagrange描述法;当忽略杆由压缩引起轴向位移时,由弯曲引起的轴向位移与横向位移之间不存在耦合作用;当轴向压力小于某个值时,压杆只有直线一种平衡状态,且为稳定的;当大于这一值时,直线平衡状态失去稳定性而分支出两个稳定的非直线平衡状态,因而发生叉形分岔.     

时变边界系统动力学行为研究展望

时交边界系统动力学是时变力学的重要组成部分，它的研究对象是一种开放的与外界进行质量交换的系统．开展时变边界系统动力学行为的研究，对航天、土建、采矿、石油、环保等领域的技术进步具有积极的作用．本文介绍了时变系统力学的研究进展情况、时变边界系统的普遍性和特点、时交边界系统动力学的几个难点，对时变边界系统动力学的发展趋势作了展望．     

岩石破坏过程声发射信号的级频维数特征

为了解岩石损伤变形破坏过程中产生的声发射信号的级频维数特征,利用先进的MTS815岩石力学性能试验系统和PAC的DISP-II声发射仪,对大理岩试样进行了常温下力学性能的实验研究和理论分析,系统地分析了岩石变形破坏过程中的声发射特征及其力学机制.研究结果表明:在同一应力水平下,随着嵌入空间维数m值增大,声发射过程的关联维数也相应增加,而自相似程度随着m值的增大而减弱;级频分形维数随着岩样所受应力的增加呈降低的趋势,试件破坏时级频分形维数达到某一最小值,这体现了岩样破坏前损伤局部化特征.     

陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响

为了评估陷落柱对煤层底板的危害,运用数值模拟对所选取的W矿3#煤层进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层底板的破坏情况,估算了底板破坏深度。结果表明：随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的顶板的破坏高度逐渐增加;工作面推进到150 m前,覆岩破坏没有发展到关键层1;随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的底板的破坏深度也逐渐增大,工作面推进到135 m时,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约16 m。工作面推进到150 m时,泥岩层尚未贯穿,成为隔水关键层,底板不受含水层的影响。另外,研究表明：贯穿煤层和达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响比未达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响大。     

采矿工程中的流固耦合问题的复杂性浅谈

采动围岩变形与流体运移之间存在耦合作用,当这种耦合作用演化到一定程度时,围岩中裂隙贯通,流体的运动失稳而引发诸如突水、瓦斯突出等灾害.采矿工程中流固耦合问题的复杂性主要原因在于时变边界、运动形式多样、耦合关系复杂以及非连续、非均质、各向异性、非线性和非稳态流动等.本文从时变边界和耦合作用两个方面阐述采矿工程中流固耦合问题的复杂性.认为由于煤层的开挖和材料的破坏,岩体的边界随着时间变化,包括弹性区、塑性区、破裂(破碎)区之间的界面变化,边界的时变是采矿工程中流固耦合问题复杂性的根本原因.耦合关系的复杂性,使得动力学响应是算法的数值稳定性难以实现.     

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。     

采动岩体渗流与煤矿灾害防治

针对煤矿采动破碎岩体高渗透、非Darcy流等特性,利用自行研制的渗流试验装置进行渗透性测试,并在此基础上建立了能够描述采动岩体渗流非线性和随机性特征的渗流理论.以采场底板隔水关键层力学模型为基础,建立了以采动岩体渗流失稳为突水判据的预测预报体系.分析了综放工作面瓦斯涌出规律及采空区瓦斯运移规律,开发出治理高产高效综放工作面瓦斯超限的J型通风技术.     

多种矿物成分破碎岩石渗透试验

采用稳态渗透法对破碎砂岩、破碎泥岩和破碎煤矸石进行渗透试验,分析粒径、有效应力和孔隙度对破碎岩石渗透性参量(渗透率、非Darcy流β因子)的影响.试验岩样粒径为0~2.5 mm、2.5~5 mm、5~10mm、10~13 mm和0~13 mm,通过轴向位移分别为4 mm、8 mm、10 mm、12 mm和14 mm控制孔隙度.试验结果表明:渗透液压越大,有效应力越大,渗透越快,流量越大;破碎岩样的有效应力与渗流速度可用线性关系拟合,并给出了有效应力直接估计渗透率的公式;破碎岩样随孔隙度增加,其渗透率增加,非Darcy流β因子减少,孔隙度大于0.4左右时,渗透率增加幅度变大,而当孔隙度小于0.35左右时,非Darcy流β因子变化较大;相同粒径的不同岩样,随孔隙度的增加,不同岩性岩样的渗透率变化程度和变化趋势不同,且孔隙度对不同岩性岩样的渗透率影响程度不同.     

40.5kV低SF_6含量气体绝缘金属封闭开关柜样机研制

SF6气体是6种温室效应气体之一,气体绝缘金属封闭式开关设备(C-GIS)目前基本采用SF6气体作为绝缘介质,研制一种减少或杜绝SF6气体使用的低SF6含量气体绝缘开关设备成为当下开关领域亟待解决的问题.基于现有40.5kV SF6气体绝缘开关柜气室建立三维模型,计算其电场分布、载流温升、场强等特性并对存在问题进行仿真优化;确定SF6体积分数为30%、充气压力为0.15MPa的SF6-N2混合气体为开关柜气室绝缘介质;优化设计后气室内电场强度最大值明显降低,隔离断口、接地断口、真空灭弧室绝缘拉杆的电场强度最大值分别由7.28、7.81、8.24kV/mm降至5.05、5.03、4.21kV/mm,1.1倍额定电流时气室内温度最高值为67℃.基于上述结论研制一种40.5kV低SF6含量C-GIS样机,对样机进行工频耐压试验、雷电冲击耐压试验和温升试验,样机无闪络现象发生,温升符合国家标准要求,顺利通过型式试验测试.