杨鑫
- 作品数：7 被引量：89H指数：5
- 供职机构：东北大学资源与土木工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：建筑科学矿业工程航空宇航科学技术天文地球更多>>
- 中国西部矿区厚松散层的溃沙临界流速与水沙流动特征被引量：5
- 2018年
- 以陕北榆横矿区为例,研制全程可视化水沙两相高速流动试验装置,开展颗粒起动试验、溃沙试验和水沙两相流动试验.试验结果表明:细颗粒的流失是溃沙的先决条件,为粗颗粒的运移创造膨胀空间. 0. 3～0. 6 mm风积沙颗粒之间主要以碰撞的形式传递能量,而0. 15～0. 3 mm的风积沙颗粒之间的相互摩擦和挤压作用占优,相比于碰撞作用能量损失较少,相同时间内出沙量随着颗粒粒径的增大呈递减趋势.随着轴向应力的不断增大,风积沙所需要的溃沙临界流速也越来越大.当风积沙粒径d <0. 6 mm时,溃沙时渗流状态为线性层流,临界流速为0. 03～0. 4 cm/s.单位时间内溃沙量与水力梯度成正比,表明含水层水压力是决定溃沙灾害程度的关键因素.
- 杨斌杨斌杨天鸿徐曾和
- 关键词：厚松散层临界流速轴向应力
- 矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解被引量：22
- 2016年
- 为模拟突水流体瞬态流动全过程并揭示突水流体流动机制,针对矿山岩体破坏突水过程中流体的高速非达西流特征和流场动力学统一性特征,基于流体质量守恒和压力平衡原理建立耦合Darcy方程、Forchheimer方程和Navier-Stokes方程的矿山岩体破坏突水非达西流模型,将含水层水源、破碎岩体突水通道和采场巷道出口整个水流路径有机联系在统一流动场中;并基于有限元弱形式和有限体积法耦合积分方程,提出有限元和有限体积法相结合的数值计算方法,应用FEPG有限元软件编译FORTRAN源程序,模拟突水瞬态流动全过程。通过算例对比达西和非达西流结果表明,对于矿山岩体破坏突水问题采用非达西流模型计算十分必要,破碎岩体作为导水通道沟通含水层和巷道的水力联系,导水通道内高速水流的惯性作用是含水层充足的补给水量沿破碎带进入巷道形成突水的主要原因。
- 师文豪杨天鸿刘洪磊杨斌杨鑫周永发
- 关键词：岩石力学破碎岩体非达西流有限体积法
- 基于非达西流模型的煤矿突水渗流机制数值模拟被引量：1
- 2017年
- 突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。以义安煤矿704工作面突水事故为例,采用非线性渗流模型模拟突水瞬态流动全过程,探讨突水过程中流速和压力的变化规律,揭示矿山突水全过程的流态转捩机制。研究表明:义安煤矿突水达到最大涌水量时,含水层的压力在0.2~0.3 MPa之间,突水实际上是一个降压加速的过程,含水层压力骤降是突水发生的前兆,且突水通道进出口压力和流速是动态变化的,3个流场有机地组成一个不可分割的整体。撑子面处突水流体涡旋是层流向紊流过渡的空间响应,表明矿山突水存在流态转捩过程。通过进一步研究发现突水通道的导水性能越强,发生突水灾害时危害越大。研究结果可为反演确定合理的工程渗流力学参数和突水通道的几何结构提供参考。
- 杨斌杨天鸿师文豪杨鑫
- 关键词：煤矿突水
- 西部典型矿区风积沙含水层突水溃沙的起动条件与运移特征被引量：13
- 2018年
- 突水溃沙是西部矿井地质灾害的主要类型之一,为研究突水溃沙灾害的临界判据与水沙运移特征,以榆横矿区含水层风积沙为例,采用自主研发的水沙两相高速渗流试验设备,对4种不同粒径范围的风积沙进行了沙粒起动试验和溃沙试验,对混合风积沙进行了水沙两相高速渗流试验。得到了影响突水溃沙的2个临界速度条件:第一临界速度即沙粒起动速度,为0.38~1.26 mm/s;第二临界速度即溃沙临界速度,为2.48~3.54 mm/s。试验结果表明:体积膨胀是沙粒群起动的必要条件,突水溃沙灾害是起动的风积沙由量变逐步积累到质变的物理过程,分为3个阶段:(1)水携沙流动,(2)水沙混合流动,(3)沙携水流动。沙粒起动是水动能转变为沙动能的过程,溃沙时水沙混合流体运动表现为颗粒群浓度波传播的特征,沙粒间通过碰撞的形式传递能量。溃沙速率随初始水力梯度的增大呈指数增长,单位时间内溃沙量随水力梯度的增大而呈线性增加。
- 杨鑫杨鑫徐曾和杨天鸿杨斌
- 关键词：临界流速
- 高水力梯度条件下颗粒堆积型多孔介质渗流规律试验研究被引量：14
- 2018年
- 煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度(最大600)条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流试验装置,采用堆积型钢球模拟破碎岩体,对粒径为1、2、3、4、5、6mm共6种光滑钢球分别开展了一维均质圆柱渗流试验。试验结果表明:对于由1～6mm钢球堆积而成的孔隙率为0.44～0.45的多孔介质,当水力梯度大于145时,通过分析水力梯度-平均流速(J-v)曲线和水力梯度-雷诺数(J-Re)关系曲线,将流动状态划分为3个模式:线性层流、非线性层流、紊流,并获得了从线性层流过渡到非线性层流的临界流速为0.23～0.78 cm/s、临界水力梯度为3～8;从层流到紊流转捩的临界流速为1.6～4.8 cm/s、临界水力梯度为90～145。从小粒径多孔介质到大粒径多孔介质的渗流过程中,临界流速越来越大,而临界水力梯度逐渐减小。渗透率与粒径的平方、非达西流影响系数与粒径的倒数均呈线性正相关,非达西流影响系数随着渗透率的增加呈指数减小。该研究对多孔介质非线性渗流的理论研究以及实际工程中高承压含水层突涌水问题有重要借鉴意义。
- 杨斌杨斌徐曾和杨天鸿杨鑫
- 关键词：多孔介质颗粒粒径临界流速水力梯度非线性渗流
- 基于流态转捩的非线性渗流模型及在陷落柱突水机理分析中的应用被引量：13
- 2017年
- 岩溶陷落柱突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。基于陷落柱突水过程中流体流态转捩(含水层层流到巷道紊流)的渗流本质,建立了三流场(Darcy层流、Forchheimer流和N-S紊流)耦合非线性渗流模型,并应用于骆驼山煤矿"3·1"底板陷落柱突水数值模拟分析。结果表明:随着突水流体流速不断增大,陷落柱Forchheimer流由黏滞阻力为主,到黏滞阻力和惯性阻力共同作用,最后到惯性阻力为主发生了质的变化,陷落柱突水是流体渗流从渐变到突变的动态过程。进一步表明采用Forchheimer方程描述陷落柱内高速非线性层流,能够较好地反映水流从含水层达西层流到巷道紊流的中间状态,可以定量揭示陷落柱突水三种流态转捩的渗流本质。
- 杨天鸿师文豪刘洪磊杨斌杨鑫刘再斌
- 关键词：非线性渗流突水
- 破碎岩体非线性渗流突水机理研究现状及发展趋势被引量：41
- 2016年
- 在收集整理国内外相关资料的基础上,从非线性渗流理论方程、非Darcy渗流试验和非线性渗流数值模型方法等方面总结目前破碎岩体非线性渗流突水研究现状,认为破碎岩体渗流具有突水通道的非Darcy渗流特性、3种流场(Darcy层流、非Darcy高速流及Navier-Stokes紊流)动力学系统的统一性和突水3要素(含水层水源的Darcy流、突水通道的非Darcy流和开采扰动作用)中的应力扰动特性。据此,提出了破碎岩体非线性渗流突水机理研究的发展趋势:从矿山采动岩体渗流突水3要素这一渗流特征出发,通过试验和现场测试研究不同围压、水力梯度和流速条件下破碎岩石渗流规律,建立考虑应力作用的耦合Darcy,Forchheimer和Navier-Stokes方程混合流场的模型,提出有限单元弱形式和有限体积法耦合积分解算混合流场方法,把采动应力作用下含水层、冒落岩体破碎带和巷道整个突水水流路径连接在一起,Forchheimer流域的边界流量压力是动态变化的,可以有效解决破碎岩体非线性渗流模型存在的问题,能比较合理模拟采动应力作用下矿山突水瞬态流动全过程。
- 杨天鸿师文豪李顺才杨鑫杨斌
- 关键词：破碎岩体突水渗流模型
