长期荷载作用下煤层渗透率演化规律的试验分析

利用三轴渗透装置开展了不同环境温度和不同有效应力条件下长期荷载作用前后含瓦斯煤的渗透率演化试验研究,并在此基础上分析了长期荷载作用前后煤样渗透率对有效应力以及环境温度的敏感性。研究结果表明:环境温度一定时,长期荷载作用前后含瓦斯煤渗透率都将随有效应力增加而降低,且其有效应力敏感性也降低,而当有效应力一定时,含瓦斯煤渗透率及其环境温度敏感性都将随着环境温度的增加而降低;长期荷载作用前后渗透率差在不同环境温度和不同有效应力条件下的变化也存在差异,体现出较强的热力流耦合效应;长期荷载作用前后,环境温度敏感性系数差将随有效应力的增加,先是增加然后减小,在有效应力为4.3 MPa左右变为负值,有效应力敏感性系数差将随环境温度的增加减小,在26℃左右以后变为负值。     

集中荷载和均布荷载作用下悬臂箱梁剪力滞效应试验

对悬臂箱梁进行集中荷载和均布荷载的加载试验,探讨沿箱梁轴向剪力滞影响程度的变化,以及加载形式对悬臂箱梁不同区域的剪力滞影响.结果表明:在集中荷载和均布荷载作用下,悬臂箱梁同时存在正剪力滞现象和负剪力滞现象,从自由端至固定端方向,箱梁受负剪力滞的影响逐渐减小,受正剪力滞的影响逐渐增大;均布荷载作用下的剪力滞系数大于初等梁理论的计算值;相较于均布荷载,悬臂箱梁在集中荷载作用下受剪力滞的影响较小,正、负剪力滞分界点离固定端较远.     

单裂隙非饱和渗透荷载分布规律

为探明降雨入渗时裂隙岩体非饱和区渗透荷载分布规律 ,利用自行设计制作的单裂隙渗流实验装置 ,对一垂直单裂隙在有降雨入渗条件下的非饱和区渗透荷载分布规律开展了一系列的实验研究。获得了有实用参考价值的非饱和区渗透荷载分布规律特征 ,弥补了以往采用各种假定进行非饱和区渗透荷载取值所存在的严重不足。这一实验成果为实际岩体工程的渗流稳定分析提供了实验依据和新的有效方法 ,使工程的安全性和经济性这一矛盾问题能得到较合理的解决     

爆炸荷载作用下大跨度动被覆结构荷载分布规律

为了研究常规武器爆炸作用下大跨度被覆结构的荷载分布规律,首先通过现有经验公式的计算对比,指出了现有公式的适用范围和局限性;其次利用岩(土)中地冲击经验公式,计算得到了不同跨度和不同爆距时环向各点自由场应力的分布规律和峰值应力包络图,并将部分计算结果与数值模拟进行对比,规律基本一致;最后将拱结构环向各点自由场径向峰值应力...     

爆炸作用下土中竖井结构荷载分布规律

为研究爆炸作用下非饱和黏土中竖井上荷载分布规律,开展了8组土中竖井受侧向爆炸作用模型试验及24组数值模拟计算。通过对比数值模拟与试验结果,验证了数值模拟计算合理性。根据试验及数值模拟计算结果,分析了竖井上荷载的时空分布规律,提出了能够合理描述荷载轴向、环向空间分布的预测公式。结果表明：(1) 荷载轴向上是钟形分布,并且随着装药距离的增加分布越发均匀,且可以认为荷载在一定轴向范围内是同时达到的;(2) 荷载环向呈现明显的时空不均匀性,侧压系数和背压系数都随着装药距离与结构直径比值的增大而增大;(3) 分别采用修正的正态分布曲线和三角函数曲线描述荷载的轴向和环向分布是合理的。预测公式可以用于竖井结构抗爆分析。     

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%。     

组合煤岩渗透规律试验研究

为探究煤岩中CH_4的渗透规律,以试验研究为主要手段,结合敏感性分析,利用自主研发的试验系统,对煤、砂岩以及不同煤岩比的组合煤岩体试件,开展了考虑体积应力和孔隙压力影响的渗透规律试验研究.研究结果表明:当孔隙压力恒定时,随着体积应力的递增,无论是煤、砂岩还是组合煤岩,渗透率都会呈现出递减的趋势;通过进行敏感性分析发现试件的渗透率变化率和孔隙压力敏感系数均与煤岩比有关.在低体积应力条件下,试件煤含量越高,孔隙压力对渗透率影响越明显,并且对孔隙压力变化越敏感;煤岩比对组合煤岩中CH_4的渗透率有较大影响,对含煤量高的煤岩试件增加孔隙压力可有效提高CH_4渗透率.     

荷载作用下双掺粉煤灰和石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究

采用ASTM C1202法研究了荷载作用下双掺粉煤灰和石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性能。试验结果表明：再生混凝土抗氯离子渗透能力随着石灰粉取代粉煤灰率的增加是先增强后减弱,当石灰粉等量取代粉煤灰率为20%时,再生混凝土的抗氯离子渗透性能最好;双掺粉煤灰和石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性能随着施加荷载的增大是先增强后减弱,当施加的荷载水平为50%时,双掺粉煤灰和石灰粉再生混凝土的抗氯离子渗透性能最佳。     

疲劳荷载作用下的混凝土变形规律

通过混凝土疲劳试验,总结并验证了疲劳荷载下混凝土变形的一般规律:三阶段演变规律和第2阶段临界应变的不变性。讨论了上述规律的使用条件,其中三阶段演变规律属于普遍规律,与混凝土强度以及荷载形式无关;第2阶段临界应变的不变性只适用于强度等级相同的混凝土材料,但与加载历史无关。基于上述变形规律提出计算混凝土疲劳寿命的公式,该公式可用于预测现役混凝土结构的剩余疲劳寿命。     

冲击荷载作用下引信保险机构缸体变形规律的试验

通过对引信保险机构制体的超动态电阻应变测量,搞清了它在弹体穿透防护层时的动态变形规律,纠正了对缸体变形的一些错误认识,并得到了名义冲击力与应变关系的工程计算方程,为对保险机构的设计改进和理论计算,提供了可靠的实验依据。     

煤层应力对裂隙渗透率的影响

从各向同性线弹性材料应力应变关系出发,考虑气体解吸引起的基质收缩效应和孔隙压力对储层应力的影响,建立了包含基质压缩系数、裂隙体积压缩系数和流体压力项的渗透率动态变化方程,分析了储层力学参数对渗透率变化的影响.结果表明:排水降压初期,有效应力处于主导地位,裂隙发生压缩变形,渗透率降低;气体解吸后基质收缩占主导地位,裂隙张开幅度增大,渗透率升高;弹性模量、泊松比越大,基质变形程度越大,渗透率呈先降低后升高的回归趋势越明显,弹性模量较泊松比对回归趋势的影响更大;当孔隙压力较高时,低孔低渗煤层渗透率随孔隙压力降低变化的幅度不大;裂隙体积压缩系数变化的起始压力点可以根据不同起变压力下渗透率与储层压力的关系确定.     

不同应力水平下煤的渗透率演化规律研究

在煤钻进时,井周裂隙发育,钻井液易侵入井周附近地层,影响井周应力分布。准确确定不同应力水平和损伤程度下的煤渗透率是定量计算煤井壁损伤区应力变化,进而分析煤层井壁稳定性的关键。针对长畛矿3#煤,利用MTS816电液伺服岩石试验系统进行不同渗透水压和围压条件下的全应力-应变过程渗流特性试验研究,测定了煤渗透率随应力水平和损伤程度的变化规律。根据分析结果,将渗透率随加载应力增加的变化分为两个阶段:稳定下降阶段与急速上升阶段,建立了煤的渗透系数演化方程;并印证了推导的理论曲线能很好地对应实验结果。     

不同层理方向的煤岩渗透特性研究

焦作矿区的山西组二_1煤层具有厚度大、结构简单、分布稳定等特点,其开采潜力较大。对目标煤层渗透率参数的获取是对水力压裂裂缝预测的先决条件。采用室内试验,对该区块的天然岩芯进行渗透特性研究。结果表明:储层的渗透性较好,有利于水力压裂改造的实施。影响渗透率的主要因素为层理角度、孔隙度、裂纹及微裂缝的发育程度等,其中裂纹和微裂缝的贯通程度对渗透率影响最大,层理角度次之。针对平行层理方向和垂直层理方向上渗透率的较大差异,分别建立了水气渗流的并联和串联阻流模型,揭示了影响渗透特性差异的主要原因为层理构造。本研究可为目标煤层确定合理的开采方式及确定水力裂缝的起裂与扩展规律提供理论支持。     

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。     

煤体渗透率随温度和应力变化的实验研究

针对温度、应力共同影响下的煤体甲烷渗透率变化规律仍然存在矛盾认识这一问题,采用实验和理论分析的方法,进行了不同温度、不同应力条件下的煤体甲烷渗流实验,分析了二者不同组合条件下的煤体渗透率变化机理。实验结果表明,渗透率随温度的升高呈现两种不同的变化规律,即在高应力条件下,渗透率随温度的升高而降低;在低应力条件下,煤体渗透率随温度的升高而升高。研究认为,温度与应力对渗透率有不同的影响机制,外围应力仅对煤孔隙有压缩效应,而在不同外围应力条件下,温度对煤基质具有外膨胀和内膨胀两种影响效应,进而使渗透率呈现不同的变化规律。这一发现对预测煤层气高渗区具有理论指导意义和应用价值。     

温度冲击下煤样渗透率的围压敏感性试验研究

通过试验研究了温度冲击前后煤样在围压加、卸载条件下的渗透率变化。对试验结果进行非线性拟合,得出煤样的渗透率与围压之间存在负指数关系。温度冲击影响着煤样渗透率对围压的敏感性。煤样经过冷冲击和热冷冲击处理后,煤样的最大渗透率损害率增幅分别为2.88%和10.64%,渗透率损害率增幅分别为18.35%和21.60%;即热冷冲击对煤样应力敏感性影响更大,热冷冲击对煤样渗透率的伤害大于冷冲击对煤样渗透率的伤害。在卸载过程中,渗透率的恢复存在明显的应力滞后效应,产生了塑性变形,由加载过程造成的渗透率伤害不能完全消除。冷冲击和热冷冲击都一定程度上加强了煤样渗透率的滞后效应,热冷冲击的滞后效果大于冷冲击。     

含瓦斯煤体渗透率与煤体结构关系的实验

为了研究不同结构煤的渗透率差异,以焦作煤田为例,对I~V类结构煤进行了渗透率测试,结果表明：渗透率与不同煤体结构关系曲线近似呈正态分布,先是呈级数增大,随后呈级数减小,II类渗透率最大,V类煤体渗透率最小,I、IV、V类煤体渗透率差别不大。引入渗透率变异系数、渗透率级差概念,评价得出二1煤层的非均质性、各向异性较强,而单个类型煤体均质性较好。对饱含瓦斯煤体瓦斯分布的分区分带、矿井瓦斯涌出、煤与瓦斯突出作用机理进行了解释,渗透率变化是孔裂隙的发展过程,是控制瓦斯分布、涌出、煤与瓦斯突出的主控因素。     

低渗透储层应力敏感性研究

虽然目前国内外对于低渗透储层应力敏感性的研究很多,但争论较大,未形成一致的看法。本文从室内实验和理论研究两方面出发,深入研究了低渗透储层的应力敏感性及其变化规律。在此基础上,利用渗透率应力敏感系数,结合分形理论,建立了考虑岩石内部结构、外部有效应力变化等多种因素影响下的渗透率变化规律的公式。研究表明,由于孔隙结构的特殊性,有效应力变化对储层渗透率影响较大,而对孔隙度影响很小。渗透率随有效应力的增加而不断减小,但其程度不断减弱,且存在永久伤害;渗透率越小,应力敏感性越强;同时快速的加压方式比慢速的加压方式对岩石的伤害更大。应力敏感系数可以定量表征岩石应力敏感性的强弱;考虑多种因素影响的预测公式,可以准确反映岩石的应力敏感情况,具有广泛的适用性。     

瓦斯排放与煤体变形规律试验研究

针对影响煤体中瓦斯运移与排放的应力因素,通过大煤样的瓦斯排放试验研究,揭示了顺序加载与逆序加载下的煤体变形与瓦斯排放量以及排放时间的相关性。试验结果表明;无论何种加载方式,煤体变形与瓦斯排放量服从抛物线方程：ε=aq^2＋bq-c;煤体变形与排放时间存在非线性关系：ε=t/（a1＋b1t）。但不同的加载过程影响回归系数与煤体应力的关系。这些结论对煤矿的瓦斯抽放以及煤层气开发具有参考价值。