采动岩体瓦斯渗流规律研究

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。     

采动岩体渗流力学研究进展

采动岩体渗流力学是建立在渗流失稳假说基础上的学科。介绍了采动岩体渗流力学的工程背景、数学基础以
及采动岩体渗流力学的几个研究方向。从实验研究、非线性行为和复杂行为3 个方面介绍了采动岩体渗流力学的研
究进展,并对采动岩体渗流力学的发展趋势进行了展望。认为,采动岩体渗流力学具有极大的发展潜力,随着能源结
构的变化,煤炭资源开采的环保要求更加苛刻,采动岩体渗流力学面临的挑战更加严峻。因此,采动岩体渗流力学实
验研究对象将进一步扩大;当代数学理论在采动岩体渗流力学中将得到越来越广泛的应用;采动岩体渗流系统复杂性
行为研究将不断深入;微分动力系统定性理论的应用将促使采动岩体渗流力学成为一门特色鲜明的学科;时变边界采
动岩体渗流系统的研究将推动采动岩体渗流力学走向成熟。     

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.     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

煤体采动裂隙场演化与瓦斯渗流耦合数值模拟

对FLAC3D的自带Mohr-Coulomb模型进行了修改,利用VC++6.0编译出Frac.dll。利用现场煤体采动裂隙观测结果作为初始裂隙状态,对采动裂隙扩展、交叉过程进行全程模拟。同时对此过程中的瓦斯流动情况进行研究。通过与现场实测数据对比,模拟结果与实测值不仅在数值上符合较好,而且分布规律和变化趋势也很一致。     

上覆远程卸压岩体移动特性与瓦斯抽采技术

运用数值模拟和现场试验相结合的研究方法，研究上覆远程卸压岩体移动和裂隙分布以及远程卸压瓦斯的渗流流动特性，提出了符合远程卸压瓦斯流动特性的远程瓦斯抽采方法。通过淮南潘一矿煤与瓦斯安全高效共采试验证明，底板巷道网格式上向穿层钻孔远程瓦斯抽采方法可以区域性地消除卸压煤层的突出危险性，有效地降低卸压煤层的瓦斯含量，实现高瓦斯、煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采。     

煤与瓦斯共采技术浅谈

本文介绍了煤与瓦斯共采技术的研究现状,在阐明了其理论依据的基础上介绍了其技术方法及设备情况,最后探讨了煤与瓦斯共采应注意的问题以及今后的研究方向。     

过渡时期采场瓦斯涌出规律的研究

通过对过渡时期采场瓦斯涌出规律的研究，分析风量调整过程中瓦斯涌出和流动状态，结合铁法大明一矿实测资料，探讨了一些瓦斯管理的途径。     

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.     

采动影响下地下水流动规律

为了研究采动影响下地下水的流动规律,本文从理论基础出发,分析了在开采过程中应力场和渗流场的变化规律;建立了采动影响下应力场和地下水流动耦合模型;结合工程实际,采用FLAC3D软件对所建立的数学模型进行数值模拟,得到结果与工程实际基本一致,从而证明模型的可靠性。通过本文的研究,为煤矿开采过程中地下水防治起到积极作用。     

盐岩体储库裂缝流体渗流数值模拟

结合中国地下油气储库建造过程中所出现层状盐岩体问题,建立盐岩体裂缝流体渗流数学模型,并进行了相应的数值模拟。数值模拟结果表明,高压流体裂缝渗透过程中,沿裂缝通道上,流体压力在逐步降低。对于油气等稳定性流体,在裂缝渗流扩展的通道上,盐岩体裂缝呈扇形状张开;对于水溶液来讲,由于盐岩溶解的影响,靠近储库腔体壁附近的裂缝宽度较大,渗透率较高,在整个裂缝通道上,压力降低较慢,扩展距离也远于高压油气流体作用下的情况。结果提示：在盐岩体溶腔油气储库运营过程中,严格控制腔体压力不得大于地层应力及其抗拉强度;同时应控制天然气的采出速率,防止腔体内水合物的生成。以此来避免盐岩体在分层界面的水溶液渗透（流）,保持腔体的致密性及稳定性。对中国在盐岩体中油气储库的建造及运行具有十分重要的意义和价值。     

岩体渗流的一种改进数学模型

鉴于常规岩体渗流模拟数学模型存在拟真性差、水量交换项难确定、计算难度大、不能全面反映岩体渗流真实物理特性等不足,从离散-连续介质渗透机理出发,引入无厚度渗透突变单元,建立了改进的离散-连续介质耦合模型,提出了反映水头间断程度的连续系数概念,并通过不同地质条件下水头间断现象研究,分析了合理的连续系数取值规律.研究表明,改进模型能够真实反映岩体渗流中的水头间断现象,较容易地解决常规数学模型中水量交换难确定的问题.     

考虑温度影响的岩体裂隙网络稳定渗流场数值分析

在岩体裂隙网络二维稳定渗流数学模型的基础之上,引入温度对渗透系数的影响,进而影响渗流场中的水头分布.编写了相应程序计算渗流场中各节点水头值,最后通过工程算例进行了验证分析结果表明:温度高的区域渗透系数偏大,考虑温度对渗透系数影响,能更加准确的反映裂隙岩体中的水头分布状况,所得出的渗流场水头值和总渗流量比不考虑温度影响时的值偏高.     

破碎岩体中的气体渗流规律研究

从实际流体的运动微分方程出发，推导得出了破碎岩体中的气体渗流微分方程，并进一步结合流-固耦合理论导出了破碎岩体中的流-固耦合随机微分方程：通过白行设计的试验仪器、试验方法，进行了破碎岩体中的气体渗流试验，得出了不同粒径的破碎砂岩的气体渗透率，并给出了破碎岩体中的渗透率变化规律，丰富了破碎岩体中气体的渗流理论和试验方法，对以后该问题的进一步研究具有一定的参考价值。     

二维随机裂隙岩体灌浆数值模拟

在已有裂隙岩体灌浆研究的基础上,建立随机裂隙网络宾汉姆浆液的渗透模型,利用Monte-Carlo法生成岩体裂隙网络,研究宾汉姆浆液在该岩体裂隙网络内的渗透规律,以及灌浆过程中裂隙变形对灌浆的影响.研究结果表明,通过该模型可预测浆液在岩体中的渗透状态,改进灌浆参数,提高灌浆质量.     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

基于Buckley-Leverett方程的水气两相渗流理论

为了准确的研究降雨条件下的饱和-非饱和带地下水运动水气二相渗流过程,以Buckley-Leverett两相渗流方程为基础,从水气二相渗流的连续性方程和达西定律出发,推导了岩土饱和-非饱和带水气二相渗流的三维动力耦合模型,并利用伽辽金有限元法和隐式向后差分法给出了数值解法,编制了相应的三维有限元计算程序。以龙滩水电站工程为实例进行计算,结果证明了所提出的模型对饱和-非饱和渗流计算的有效性。     

渗流作用下柱状节理岩体强度特性试验

为研究白鹤滩水电站柱状节理玄武岩在高渗透压力作用下的强度特性,采用与水电站现场岩体物理力学性质相近的人工材料,制作具有相同节理构造的柱状节理岩体模型试样,开展了不同渗透压力的渗流应力耦合三轴力学试验,分析了渗透压力对柱状节理岩体的破坏模式、强度和渗流量的影响。试验结果表明:渗流作用下柱状节理岩体的破坏模式为沿着节理倾角的滑移破坏;渗流作用下的柱状节理岩体具有较低的强度,三轴压缩峰值强度与渗透压力呈负相关关系;应力应变曲线可分为4个阶段,渗流量随应力应变曲线呈现出阶段性特征,渗透压力对岩体强度和渗流量影响较明显。     

岩体力学参数灵敏度分析的正交有限元法

根据冬瓜山深部硬岩开采岩石力学的前期实验研究结果,建立了弹塑性力学本构模型;采用正交实验方法设计计算方案,对影响围岩稳定性的内在物理力学参数(弹性模量E、泊松比μ、粘结力C、密度ρ以及内摩擦角ψ)的灵敏度进行了有限元数值模拟分析.根据位移计算结果的正交统计分析,得出各参数对采场围岩稳定影响程度的大小.研究结果表明:弹性模量E的变化对采场稳定性的影响最明显,其次为泊松比μ,而内摩擦角ψ与密度ρ的变化对采场稳定性的影响不明显;此外,E越大,岩体位移越小,μ和C与岩体位移的关系也具有相同的变化规律.     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关...