某矿煤层底板采动破坏规律数值模拟研究

为揭示煤层采动破坏规律,在分析工程地质、水文地质及开采条件的基础上。采用Flac有限差分软件对工作面推进过程中底板采动破坏规律进行了模拟研究,得出了工作面推进过程中底板应力场、位移场及塑性区的基本发展变化规律,为煤矿安全生产和矿井水害防治提供参考依据。     

改进的水平缝四点井网整体压裂数值模拟

大庆长垣内部油田经3次加密后,部分区块采用四点法面积井网布井,为了有效实施水力压裂增产改造,必须设计合理的裂缝参数.建立了水平缝四点井网整体压裂的物理模型和数学模型,在裂缝导流能力的计算中考虑了裂缝的失效性.根据实验数据回归出了导流能力与闭合压力和时间的关系式,并运用回归关系式进行了数值模拟.结果表明,改进后的数值模拟结果与实际生产动态具有更好的一致性.以整体压裂改造后的增产量、采出程度为目标,对研究区块进行了裂缝参数的优化,优化后的裂缝导流能力为35～40 μm2·cm,缝长比为0.18～0 2.     

利用测井资料定量评价煤层顶底板的封闭性

煤层顶底板的封闭性能是煤层气富集高产的主控因素之一。利用测井资料,基于岩心刻度测井的思想,通过对煤层顶底板岩性、物性和裂缝发育特征等的综合分析,选取岩性系数、岩层厚度、孔隙度、渗透率、裂缝强度指数这5个评价指标作为影响煤层顶底板封闭性能的主要因素,得出煤层顶底板封闭性综合评价模型,并以此模型计算的综合评价指数对研究区煤层顶底板的封闭性展开定量评价。研究结果表明:煤层顶底板封闭性与其顶底板的岩性、物性、厚度及裂缝发育特征等密切相关,其封闭性能与岩性系数、厚度呈正比关系,与孔隙度、渗透率和裂缝强度指数呈反比关系。煤层顶底板封闭性综合评价指数越高,封闭性能越好。研究区5号煤层顶底板的封闭性较好,封闭性能较强的区域位于西部、南部及中部韩1 0-1 1井区,较差的区域位于东北部。     

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。     

矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析

随着煤炭资源开采深度加大,带压开采已经成为我国深部矿井普遍应用的一种采煤方法,这样面临的煤层底板突水问题变得更加集中。突水系数理论作为评价带压开采煤层底板突水危险性的主要依据,因矿山压力导致煤层底板破坏深度的确定对得出可靠的突水系数值显得尤为重要。本文根据城郊煤矿的开采实践,利用F-RFPA2D软件对煤层底板破坏深度进行数值模拟分析,动态再现煤层底板破坏过程,并得出在不同矿山压力过程中对煤层底板的破坏深度。     

煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的中吸附遵循朗格缪尔等温方程;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循ＦＩｃｋ第一定律;煤层气在割理系统的流动循环达西定律。借鉴美国现有模型,结合我国现场实际情况,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明,该模型用于煤层单井数值模拟。     

基于流固耦合数值模拟煤层底板破坏深度研究

随开采深度的加大,华北煤矿区下组煤开采面临煤层底板奥灰岩溶含水层的突水威胁越来越大。晋煤集团赵庄矿15#煤底板距离奥灰平均23.18 m,且井田范围内突水系数普遍大于0.1 MPa/m,加之岩溶陷落柱和小型高角度断层发育,开采15#煤面临奥灰水威胁较大。在考虑赵庄矿的地质构造,矿山压力、奥灰水压及15#煤层开采等综合因素的基础上,建立起15#煤层底板含水层均布水压流固耦合模型,运用FLAC3D软件模拟分析了开采对底板的破坏情况,结果表明:流固耦合条件下底板的最大破坏深度为23 m,承压水最大导升高度为7 m,模拟成果可为15#煤安全开采提供参考。     

预制定向裂纹水力压裂延伸数值模拟

针对目前水力压裂数值模拟对水力压裂裂纹的动态扩展的方向、路径、范围等动态参数研究较少的客观现实以及预制定向裂纹后水力压裂延伸规律的实际工程需要。建立了裂纹失稳扩展判据及其水力压裂裂纹延伸的数学模型并进行了数值模拟,较系统地研究了固井质量完好条件下预制不同方向裂纹在水力压裂过程中的裂纹延伸规律：固井质量不好的条件下,压裂液将会在水泥套简与井壁之间流动,裂纹将在垂直于最小主应力的方向上形成两条裂纹,而不是在预制的方向上起裂。这些问题的研究对完善我国水力压裂技术理论和提高水力压裂技术的应用水平有重要意义。     

改进的水平缝四点井网整体压裂数值模拟

大庆长垣内部油田经3次加密后,部分区块采用四点法面积井网布井,为了有效实施水力压裂增产改造,必须设计合理的裂缝参数。建立了水平缝四点井网整体压裂的物理模型和数学模型,在裂缝导流能力的计算中考虑了裂缝的失效性。根据实验数据回归出了导流能力与闭合压力和时间的关系式,并运用回归关系式进行了数值模拟。结果表明,改进后的数值模拟结果与实际生产动态具有更好的一致性。以整体压裂改造后的增产量、采出程度为目标,对研究区块进行了裂缝参数的优化,优化后的裂缝导流能力为35~40μm2.cm,缝长比为0.18~0.2。     

加固底板控制软岩巷道底鼓数值模拟和现场试验

 随着开采深度的进一步增加,贵州开磷集团马路坪矿区深部主要开拓及采准巷道支护困难,原有的支护技术与措施失效,巷道返修率高,永久性巷道支护后存在经常性冒顶、片帮、底鼓等现象。针对开磷集团马路坪矿区深部红页岩巷道围岩严重破坏问题,通过现场调查和理论分析,提出加固底板控制巷道底鼓的措施,在原支护方案的基础上设计了3种改进方案。使用离散元软件3DEC对上述原方案及其改进方案分别进行了数值模拟计算,同时选取了100m试验巷道进行现场试验。模拟结果表明,底角锚杆可以切断底板基角部位塑性滑移线从而控制巷道底鼓,浇灌混凝土地坪并铺设钢筋网,能增强底板的韧性,保证底板围岩的整体性,可以大大提高底板围岩抵抗岩块碎胀压力的能力,防止底板围岩开裂挤出。现场测试数据显示联合支护方案减小底鼓量83%,较好控制了巷道底鼓灾害,解决了长期困扰开磷矿山红页岩巷道的支护难题。     

一种基于数值流形法的模拟岩体结构面新方法

利用数值流形方法可以方便有效地统一处理连续和非连续变形分析的优点,借鉴Goodman单元的相关理论,提出一种基于数值流形方法的模拟节理、裂隙和软弱夹层等岩体结构面的新方法,极大简化了含岩体结构面的复杂岩体工程的前处理及分析过程.算例分析表明了该方法的正确性和有效性.     

球状飞射物对屋面瓦片冲击效应的数值模拟

选取典型的球状混凝土飞射物,研究其对一种典型屋面陶土瓦片的冲击破坏作用.基于ANSYS/LS-DYNA平台,参考落球冲击试验方法建立冲击碰撞的有限元计算模型.选取Johnson-Holmquist-Ceramic本构模型模拟陶土瓦片材料,引入单元应变失效准则模拟瓦片破坏情况,采用显式动力学方法研究落球冲击试验中瓦片应力、应变、变形的时变机理.对冲击速度、球块质量、瓦片倾角进行参数分析,结果表明,瓦片最大等效应力与冲击速率及球块质量大致成正比,与瓦片倾角相关性不大.冲击过程是一个能量显著转移的过程,根据损伤方程计算出陶土瓦片能承受不超过34.35m·s~(-1)的来流风速下球状混凝土飞射物的冲击破坏作用.     

木城涧矿十槽煤底煤复采数值模拟研究

针对北京木城涧煤矿十槽煤，在没铺设人工假顶的情况下，进行底煤复采时存在的问题，利用有限元分析程度ANSYSY，对开采下分层时，不留煤层假顶和预留煤层假顶两种情况的上覆岩层应力状态、变形、位移，分别进行了数值模拟，并做了进一步的对比分析，探讨了岩层在以上两种情况下开采过程的失稳，为实际底煤复采提供依据。     

高岩质边坡变形过程的数值模拟

以某山地风电场厂房岩质边坡的稳定性及防治措施为例,利用FLAC2D有限差分软件建立岩质边坡数值计算模型,根据变形破坏模式提出岩质边坡加固方法。模拟结果表明,边坡的变形主要发生于边坡浅部的崩坡积层和强卸荷带岩体,有必要进一步完善该风电场厂房边坡加固措施及排水设施,提高边坡在暴雨工况下的稳定性。     

不同围压下岩石破坏全过程数值模拟

虚内键模型认为固体材料在细观上是由离散的质量微粒组成,质量微粒之间由虚内键连接,通过虚内键之间特定的连接法则和相互作用推导出了材料的宏观本构方程并将破坏准则嵌入到了本构方程中.采用Monte-Carlo方法来描述岩石材料的非均质性,并假定微元强度服从Weibull分布,通过虚内键的密度或刚度演化,再现了不同围压下岩石破坏全过程.根据数值模拟结果,利用最小二乘法的线性拟合,得出了岩石强度随围压变化的表达式.     

车辆荷载下隧道混凝土顶板数值模拟研究

地下隧道使用期间上部荷载对顶板的荷载可能对其内部应力分布与微变形产生影响.研究HME-V加强混凝土作为隧道顶板材料的可行性,并对掺高性能抗裂剂的混凝土结构进行理论分析和仿真模拟.探讨隧道顶板结构的力学性能和稳定性,对应力场、应变场、位移场进行分析.结果表明,应力与变形状态均在力学模型估算的范围之内,对实际工程具有一定的...     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响,明确水力裂缝的扩展规律,利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型,模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了引导因子的概念,并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现,径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果,反之亦然。同时,较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后,利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

裂纹扩展对结构动态特性影响的数值仿真与实验研究

以某钢铁公司钢包回转台大臂的疲劳裂纹扩展为背景,用数值仿真与几何相似模型实验相结合的方法对钢包回转台大臂的动态特性进行了研究,旨在根据结构动态特性的变化对结构的故障状况进行预测,通过数值仿真建立结构动态特性变化随结构裂纹扩展之间的数值关系·本方法既可简化研究过程,又可获得较好效果·研究结果表明钢包回转台大臂的各阶固有频率都随裂纹的扩展而减小,对小裂纹不敏感     

含 檐 口 双 坡 屋 面 风 压 风 载 的 数 值 模 拟

摘要： 基于雷诺时均N S方程和Spalart Allmaras湍流模型,运用稳定化流体有限元法数值模拟含檐口双坡低矮屋面的风压分布和风载体型系数,分析了檐口的竖向高度和外伸长度及屋面坡度等关键参数对屋面风载体型系数和周围流场的影响.结果表明：檐口竖向高度对屋面风压分布和风载体型系数的影响较大;水平外伸檐口自身承受的吸力较大,而其长度对屋面风载体型系数影响较小;同时设置竖向和水平檐口时,对屋面风载体型系数的影响明显.