国家自然科学基金(51004041)
- 作品数：16 被引量：199H指数：9
- 相关作者：李志强李回贵高保彬王兆丰宋党育更多>>
- 相关机构：河南理工大学重庆大学贵州省矿山安全科学研究院有限公司更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点实验室开放基金长江学者和创新团队发展计划更多>>
- 相关领域：矿业工程天文地球环境科学与工程建筑科学更多>>
- 单轴压缩下煤岩宏观破裂结构及声发射特性研究被引量：13
- 2015年
- 为了研究煤岩在单轴压缩下的宏观破裂结构特征和煤岩破裂过程中的声发射特性,对不同煤矿的煤岩进行了单轴压缩破裂实验和声发射监测实验。结果表明:单轴压缩下煤岩的宏观结构特征可以分为6类,分别为:(1)圆锥型破裂裂纹;(2)"八"字型裂纹;(3)"Y"和偏"Y"型破裂裂纹;(4)多个"I"字型裂纹;(5)"X"型破裂裂纹;(6)"S"型破裂裂纹。提出了煤岩单轴压缩下应力应变全过程可分为6个阶段:初始压密阶段、准弹性阶段、新裂隙渐生段、新裂隙速生段、裂隙扩展贯通段和残余变形段。研究表明在各个阶段声发射特征各不相同,分别为一定量、少量、明显增多、激增、最大值和微量,声发射特性能够较好地反应煤岩的破裂过程。
- 李回贵高保彬李化敏
- 关键词：单轴压缩煤岩声发射
- 动扩散系数新模型下不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征被引量：11
- 2016年
- 为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系数β、有效初始扩散系数De0和有效动扩散系数De(t)。结果表明:各类粒径构造煤的瓦斯扩散率初期增长较快,但衰减迅速。同时刻下,粒径越大,D0越大,β越小,构造煤中孔隙由表及里孔径逐渐缩小,正是这种孔径特征控制了D0和β的大小。同时,粒径越大De0和De(t)越小。与之相反,井下构造煤原煤样具有更小的粒径,致使原煤样的瓦斯扩散速度更快,因此构造煤具有更严重的突出危险性。
- 程小庆王兆丰李志强
- 关键词：构造煤扩散率
- 煤层注水增湿区域防突试验与参数优化的渗流力学数值解被引量：5
- 2012年
- 为增强煤体黏结力和塑性并抑制瓦斯放散强度,以达到稳定煤体区域防突的目的。以重庆天府三矿K4煤层为目标区,进行了低温液氮孔隙结构分析实验、煤体润湿性实验和湿润边角测定实验,分析了煤层注水可行性。实验表明:煤体孔隙多数为平板状开放孔,润湿边角<90°,吸水性强,具注水可行性。在重庆天府矿业公司850 m深井底板岩巷进行了煤体扩孔卸压后的高压注水试验,测定了卸压后煤体透水性系数。建立了煤层注水的径向渗流力学方程,以实测数据为基础,优化计算了合理的注水压力、时间、注水半径等动态时空参数。
- 李志强唐旭王兆丰
- 关键词：瓦斯防治煤层注水区域防突渗流参数优化数值解
- 新扩散模型下温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的影响被引量：39
- 2015年
- 升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一,其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验:(1)初始同压不同温吸附后恒温扩散;(2)同初始吸附量条件下(高温高压、低温低压吸附后)恒温扩散;(3)同初始温压吸附后的升温扩散实验。实验结果表明:实验(1),(2)中用单孔隙经典扩散模型计算的常扩散系数随温度升高呈现无规律的波动形态,经典模型无法解释这一现象。原因是经典模型不能精确描述全时段扩散过程,误差极大,继而发现了扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了能精确描述全时扩散过程的动态扩散系数新模型。新模型分析表明,煤基质中多尺度非均质孔隙形态决定了多级孔隙扩散系数分布,进而导致了扩散系数随时间延长而衰减。新模型下动扩散系数随温度升高单调递增,符合阿雷尼乌斯关系,规律惟一,经典模型常扩散系数是新模型动态扩散系数的平均值。新模型涵盖了经典模型,前者是后者的推广。
- 李志强王登科宋党育
- 关键词：瓦斯温度
- 地应力地温场中煤层气富集区高精度定量预测的力学方法被引量：11
- 2012年
- 针对当前我国煤层气富集区预测中预测位置不准、难以定量化描述、精度不高等不足,提出了地应力地温场中煤层气富集区定量预测的力学方法。建立了应力、温度影响下的煤层气压力预测方程、含气量预测方程,预测方程体现了地应力和地温对煤层气压力、含气量、孔隙率的影响,其中,应力和温度通过影响煤层气压力进而影响吸附量,通过影响煤层气压力和孔隙率进而影响游离量,温度还通过影响吸附常数b影响吸附量。以重庆沥鼻峡盐井矿区为研究区,进行了Kaiser声发射原岩应力测试实验、不同温度下的煤体甲烷等温吸附实验和不同埋深的孔隙率测定实验。实验表明,吸附常数a随温度变化不明显,b随温度升高线性减小。以实验为基础,结合现场实测数据和实际地质资料,定量化预测了矿区煤层气含气量分布。以煤层气含量为判别指标,按照富集程度不同,将研究区划分为两级富集区。预测方法克服了以往煤层气富集区预测定性描述、预测不准和精度不高的不足。
- 李志强鲜学福黄滚
- 关键词：煤层气富集区
- 下保护层开采保护效果与瓦斯运移规律被引量：15
- 2013年
- 为研究中远距离下保护层回采后的保护效果和瓦斯运移规律,运用达西定律和Brinkman方程建立了回采工作面、采空区与被保护层的二维模型,结合郭庄矿与寺河2#井的实际地质条件,运用COMSOL多物理场数值模拟软件对其进行了数值模拟研究;对郭庄矿和寺河2#井的试验工作面进行了现场试验.数值模拟结果表明:保护层开采过后对被保护层具有卸压作用;同时得到了保护层、采空区与被保护层的瓦斯运移规律.现场结果表明:中远距离下保护层开采过后,瓦斯压力降低了0.5 MPa;瓦斯含量降低了5.25 m3/t;透气性系数增加到了原来的600多倍.
- 高保彬李回贵王晓蕾
- 关键词：下保护层瓦斯运移规律瓦斯含量瓦斯压力透气性系数
- 构造煤多尺度孔隙中瓦斯扩散的动扩散系数新模型被引量：2
- 2015年
- 针对原生煤和构造煤2类煤种的瓦斯扩散进行对比实验,结果表明:与原生煤相比,构造煤的瓦斯扩散率前期增加更加迅速,后期衰减也更加迅速;构造煤的全过程扩散率一直大于原生煤。实验发现,扩散系数是随时间增大而逐渐衰减的变量,为此提出动扩散系数的表达式,建立了动扩散系数新扩散模型。通过验证,新扩散模型对不同煤种的构造煤瓦斯扩散全程能够准确描述,拟合精度均高于经典模型,表明新扩散模型更加精确、适用范围更广泛。
- 王司建李志强
- 关键词：构造煤瓦斯含量扩散率
- 煤层瓦斯强化抽采工程试验与多过程耦合渗流数值解被引量：5
- 2018年
- 为提高低渗透煤层的瓦斯抽采能力,采取了多种工程强化抽采煤层瓦斯,措施包括:高压水射流割缝卸压增渗、强化预抽、注气增压驱气、注水增湿抑制瓦斯解吸。首先在煤层底板岩巷中利用穿层钻孔实施高压水射流割缝,以提高煤体的渗透性,之后进行预抽煤层高压瓦斯;达到抽采极限时间后,采用注空气增压的方法提高瓦斯的流动能力,以增加瓦斯的抽采能力;达到注气极限时间后,采用高压注水的方式湿润煤体,达到增加煤体水分,抑制残余瓦斯解吸的目的。试验结果表明:实施强化抽采措施后,煤层渗透性提高了100倍以上,瓦斯抽采率从措施前的16. 4%提高到了58. 6%。多个工程实施过程中,瓦斯—注入气—水等流体的流动具有前后继承性,即后一个工程流体的渗流是在前一个工程流体渗流的终态基础上进行的。为此,提出了多过程渗流的新概念,据此建立了多过程耦合渗流力学方程,将前一个流体的渗流压力——距离终态作为后一个渗流过程的初始条件,代入后一个渗流方程进行耦合数值计算,得到了符合实际的多过程、多流体的耦合渗流数值解。计算表明:第一过程的抽采压降曲线终态为抛物线形态,可用幂函数描述,第二过程注气压力曲线初态呈现先下降后上升的波谷曲线形态,末态可用幂函数描述,第三过程的注水压力曲线为幂函数下降形态。
- 李志强成墙
- 关键词：瓦斯煤层气水力割缝注气渗流
- 煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型被引量：62
- 2016年
- 为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。
- 李志强刘勇许彦鹏宋党育
- 关键词：瓦斯煤层气
- 基于声发射参量的煤样损伤模型研究被引量：6
- 2014年
- 在单轴压缩下煤样损伤模型基本原理的基础上,推导出了基于声发射参量的煤样损伤模型。以原煤为研究对象,在单轴压缩下,对煤样进行声发射实验,验证了基于声发射参量的煤样损伤模型在煤样破坏前是可行的;分析了在单轴压缩下的声发射特性,并提出了基于"归一化"声发射累计计数的损伤变量,得到了在单轴压缩下煤样的应变—损伤方程和煤样的一维损伤本构方程。研究结果表明:声发射参量能够反映煤样内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程;基于声发射参量的煤样损伤模型是合理的,反映了声发射事件数和煤样损伤之间的对应关系;单轴压缩下的煤样损伤演化过程,可分为初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段4个阶段。
- 高保彬李回贵
- 关键词：声发射单轴压缩
