液氮循环冷冲击作用下煤体受拉破坏特征

为了研究液氮循环冷冲击作用后煤体受拉破坏特征,分别针对0,2,4,6,8,10次液氮冷冲击煤样开展超声测试与巴西劈裂试验,对煤样的纵波波速、抗拉强度、破坏形态、裂隙密度、分形维数等相关物理参数进行分析,同时研究了液氮冷冲击次数对煤样受拉破坏应力场和声发射时域参数特征的影响.研究结果表明：随着冷冲击次数的增加,煤样的纵波波速及抗拉强度逐渐降低,经10次冷冲击后分别降为初始值的37%和30.72%;冷冲击后煤样出现分次破坏且呈现出较明显的屈服阶段.随着冷冲击次数的增加,煤样表面最大应变值逐渐增大,破坏形态从“直线型”逐渐向“网络型”演化,裂隙密度从32.11 m^-1逐渐增大至经10次冷冲击后的113.75 m^-1,同时分形维数从1.15增大至1.49.液氮冷冲击后煤样缓增期内振铃计数出现突变点,且突变点数量随冷冲击次数的增加先升高后降低,第6次冷冲击时达到最大值,之后振铃计数峰值逐渐降低.冷冲击后煤样累计能量曲线呈现阶跃式增长,累计能量峰值随冷冲击次数的增加先升高后降低.弱结构区的存在可能是煤样产生分次破坏、破坏形态向网络型演化以及振铃计数出现突...     

基于颗粒堆积法的煤体表面弛豫率量化初探

为了确定煤岩表面弛豫率ρ值来量化其弛豫特性与孔径分布的对应关系,聚焦井下海量打钻工序所产生的煤屑颗粒,提出了基于颗粒堆积法的煤体ρ值计算方法,构建了球形煤屑基质-球形总孔隙结构的计算模型,选择平煤股份二矿己15和己17煤层煤样进行模型验证.结果表明：不同粒径煤屑堆积样品的弛豫谱图呈近似的三峰形态,同一煤样不同粒径饱水煤屑堆积体可表现出不同的弛豫响应行为,弛豫时间T₂的几何平均值T_2m和核磁孔隙率φ_NMR值分布的差异性主要受水赋存特征、煤屑润湿性及堆积方式等多种因素的影响.通过线性拟合横向弛豫总弛豫率T₂^-1和有效孔隙指标与煤粒有效长度之比φ_g/w_grain及其95%置信区间分布,证实了直接采用恒定ρ值计算煤岩孔隙结构的不合理性.不同形状煤屑基质-总孔隙结构的计算模型获得的ρ值范围不同,表明不同形状煤屑间的流体扩散路径和接触特征不同,易引起煤屑堆积体的弛豫行为不同.未考虑煤屑间的体积流体效应而忽略T_2b影响,易造成...     

救援用多因素耦合的三维精准抛投模型

建立一种安全救援领域多因素耦合的三维精准抛投模型。将抛射器在实际救援抛投场景中的风向、风速、抛射角度、抛射压力、抛射质量5因素耦合在一起,根据空气动力学基本原理分析弹体运动,构建微分方程组,并在四阶精度龙格库塔(Runge-Kutta)法基础上利用MATLAB编程进行计算求解。该模型将传统凭借经验的抛投救援变得科学化,快速输出最佳的抛射轨迹对应的抛射角度和抛射压力,可以实现精准抛投,并且适用于有一定高度差的抛射救援。     

液氮冷冲击时长对煤体致裂效果的影响

注氮参量的设置与煤体致裂效果密切相关,为研究液氮冷冲击循环过程中不同冷冲击时长对致裂效果的影响,开展不同冷冲击时长(5,10,15,20 min)液氮溶浸试验,利用低场核磁共振设备对比分析各组煤样孔径分布、孔隙数量、孔隙度及吸附/渗流孔变化规律,进而表征煤样在不同冷冲击时长下的孔隙发育程度.研究表明:不同冷冲击时长下煤...     

液氮冷冲击煤的作用范围及力学损伤机理

低温流体液氮对煤冷冲击的作用范围、煤内部因温差形成的热应力变化规律及其对煤形成损伤的力学作用机理，均是液氮在煤岩增透领域应用中亟待研究的关键问题。利用非接触式全场应变测量装置、红外温度场测量装置和热电偶温度测量装置，测得开放环境下液氮冷冲击煤样钻孔后，钻孔周边煤体温度场及应变场随冷冲击时间的变化规律。通过建立包含弹性模量、泊松比、热膨胀系数、测点温差及测点所在半径参数的热应力模型，设计实验测得模型各参数并代入其中求解，计算得到煤岩内部不同位置处的热应力及其随冷冲击距离和时间的变化规律，并针对3类不同变质程度煤的上述规律进行对比。研究结果表明，在液氮冷冲击过程中，3类煤样内部各测点处的温度均呈现出快速降低—缓慢降低—稳定的变化规律，各测点处的热应力均经历了快速增长—缓慢增长—无增长3个阶段。距离冷冲击钻孔越近，相邻测点间的温度相差越大，所产生的热应力越大。液氮冷冲击1 800 s后，3类煤样各测点处的热应力均基本达到稳定阶段，距离冷冲击钻孔1 cm处所产生的热应力均≥1.84 MPa。液氮冷冲击能够使煤内部产生4类变形进而对煤造成损伤，其中“因压致拉”所产生的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类变形及3者相互组...     

高温作用下五峰组–龙马溪组页岩动力学特征及损伤演化规律研究

甲烷原位燃爆压裂是一项变革性页岩气储层压裂改造技术，压裂过程井周储层受到高温–冲击波协同作用，研究高温作用下页岩动力学特征及损伤演化，对揭示页岩储层燃爆压裂的致裂增透规律具有重要意义。综合运用热重分析仪、马弗炉、分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)技术，对经历不同高温热损伤的页岩试样进行动态冲击实验，得到了页岩动力学特征随温度的演化规律，构建考虑热损伤和压密阶段的页岩动态损伤本构模型，并通过实验数据进行验证，最后利用扫描电镜(SEM)分析高温作用下页岩动力学特性演化的微观损伤机制。结果表明，随温度升高，页岩表面逐渐出现连通裂隙，且高温热效应导致该页岩中水分散失，黏土矿物改性，白云石、方解石等主要碳酸盐矿物热分解，孔、裂隙结构发育连通，综合导致随温度升高页岩损伤劣化作用明显。试样动态冲击破碎形态随温度升高逐渐由单一裂缝转变为粉碎型破坏，碎块平均粒度、动态抗压强度和弹性模量先小幅增大，随后迅速降低；破碎分形维数、平均应变率和能量吸收比先降低后升高，700℃高温作用下页岩动力学特性显著劣化。这说明，燃爆压裂的高温–冲击波协同作用有利于构建页岩储层井周...