破碎泥岩三轴渗流试验及其稳定性分析

为了探究破碎泥岩微观结构和渗流参数的实时变化对渗流系统结构稳定性的影响,采用自主研制的破碎岩石三轴渗透试验系统并结合稳态渗透法和轴向位移控制法,对级配破碎泥岩进行三轴渗流试验。结果表明:有效孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子的变化均与轴向载荷和围压有密切关系,且得到了渗流失稳时渗透率和非Darcy流β因子之间的关系和发生渗流失稳的主要条件。     

破碎岩体流固耦合渗流的分岔

利用承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验规律,对破碎岩体渗流动力系统进行了应力场与渗流场耦合的分岔行为研究.根据多孔介质的有效应力原理建立了含有孔隙度及孔隙压力等渗流物理量的应力场控制方程;考虑流体与固体骨架各自的运动速度,分别建立了流体非Darcy渗流的运动方程以及固体骨架和流体的连续性方程,推导出含有应力场体积应变的渗流场控制方程;得到了垮落破碎岩体由自然堆放状态过渡到压实状态时的弹性流固耦合一维非Darcy渗流的非线性动力学方程组,分析并求解了渗流系统的平衡态,利用逐次亚松弛迭代法分析了平衡态的稳定性,得到了无量纲化孔隙压力、渗流速度随参数变化的动力学响应,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔.在分岔点处任意微小的扰动易诱发渗流失稳,引发突水等动力学灾害.     

一种破裂岩石稳态渗透试验系统及其应用

水在破裂岩石的渗流不服从Darcy定律.由于破裂岩石的渗透率很大和密封方面的困难,在MTS试验系统上采用瞬态渗透法不能测量破裂岩石的渗透率.为了研究破裂岩石的非Darcv流渗透特性(渗透率和非Darcy流β因子),开发了一种破裂岩石非Darcy流渗透特性试验附加装置.本文介绍了这种附加装置的构成以及其嫁接到MTS815.02系统上测试非Darcy流渗透特性的试验原理和试验技术要求,并给出了试验系统的应用.     

煤矸石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

利用自行设计的岩石渗透试验系统,采用稳态渗透法测试了10件标准煤矸石试样非Darcy渗流时的渗透特性。通过最小二乘法对渗流速度和压力梯度进行回归分析,得到煤矸石的Darcy流渗透率、非Darcy流渗透率和非Darcy流β因子。研究结果可为工程中煤矸石做充填材料提供参考。     

一种破裂岩石稳态渗透试验系统及其应用

水在破裂岩石的渗流不服从Darcy定律。由于破裂岩石的渗透率很大和密封方面的困难，在MTS试验系统上采用瞬态渗透法不能测量破裂岩石的渗透率。为了研究破裂岩石的非Darcy流渗透特性(渗透率和非Darcy流β因子)，开发了一种破裂岩石非Darcy流渗透特性试验附加装置。本文介绍了这种附加装置的构成以及其嫁接到MTS815．02系统上测试非Darcy流渗透特性的试验原理和试验技术要求，并给出了试验系统的应用。     

泥岩非Darcy流渗透特性指标正负号探讨

Forchheimer关系是非Darcy渗流研究中经常使用的一种经验关系,一般认为非Darcy流β因子和加速度系数这两个渗透特性指标(参量)总是正值.在泥岩和砂质泥岩试样全应力-应变过程的渗透试验中出现其中一个参量为负或者两者均为负值的情况,这究竟是有价值的试验现象,还是测试方法不够合理?指出一些文献在引用Forchheimer关系时出现的非Darcy流β因子前正负号的错误,给出了非Darcy流β因子和加速度系数出现负值的泥岩和砂质泥岩试样全应力-应变过程中渗透特性试验结果,并对其原因进行了粗浅的分析.     

泥岩非Darcy流渗透特性指标正负号探讨

Forchheimer关系是非Darcy渗流研究中经常使用的一种经验关系，一般认为非Darcy流β因子和加速度系数这两个渗透特性指标（参量）总是正值，在泥岩和砂质泥岩试样全应力-应变过程的渗透试验中出现其中一个参量为负或者两者均为负值的情况，这究竞是有价值的试验现象，还是测试方法不够合理？指出一些文献在引用Forchheimer关系时出现的非Darcy流β因子前正负号的错误，给出了非Darcy流β因子和加速度系数出现负值的泥岩和砂质泥岩试样全应力一应变过程中渗透特性试验结果，并对其原因进行了粗浅的分析。     

负压对不同孔周破碎煤体渗流特性影响研究

为探究抽采负压对破碎煤体内气体渗流特性的影响,采用自行设计的负压抽采模拟渗透试验系统,对负压影响下不同级配破碎煤体内气体渗流规律展开了研究;并对该过程气体能量损耗及表观渗透率关于受负压影响的敏感性问题进行了分析。结果表明：随着负压的增大,同一孔隙结构下气体渗透状态的非Darcy效应相较于Darcy效应表现得更加突出,但随Talbol级配系数n的增大其内部孔隙增大,两者之间的界限出现淡化,相关系数开始接近;通过引入惯性-湍流修正系数δ来对不同孔隙结构下气体能量损耗进行表征,整体随n的增大呈现减小趋势,当n处于0.2～0.6阶段内δ处于不稳定的阶段,而在n>0.6之后δ数值基本稳定,即随着孔隙结构的增大气体渗流能量损耗降低,趋向于Darcy渗流;在负压小于60 kPa时,不同级配试样的负压敏感曲线之间变化差异显著,而当负压大于60 kPa后,各条曲线相互靠拢,且n值越大负压敏感曲线偏离度越低,即负压较小时表观渗透率更易受负压影响;孔周破碎煤体渗透率在抽采负压较小时易受其孔隙结构影响,在孔隙结构及抽采负压较小时往往呈现出非Darcy渗流,造成抽采不畅等问题影响抽采效率。     

岩石渗流系统动力学响应及分析

煤矿突水和瓦斯突出是渗流系统失稳的表现 ,是由系统的非线性机制决定的复杂动力学行为。通过变换一个简单的线性变换 ,可将岩石孔隙非 Darcy渗流动力系统转化成一个不含控制参量的非线性微分动力系统。本文分别用分离变量法、行波法、相似变换法研究了这种系统的动力学响应。研究表明非 Darcy渗流动力系统的冲击波解存在同宿和异宿轨道 ,自相似方程存在奇异性     

水沙混合物非Darcy裂隙渗流试验研究

西部煤田因埋藏浅、厚度大,常采取大采高、快速推进的方式开采,开采时,覆岩破坏易形成贯通裂隙,当煤层上方存在水源和厚沙层时,易引发采场突水溃沙事故。裂隙中水沙混合物的渗流规律及失稳条件是探究突水溃沙的关键问题,以径向裂隙岩样和不同粒径、不同质量浓度的水沙混合物为研究对象,设计一套裂隙水沙混合物渗流试验系统;通过改变沙的质量浓度和粒径大小进行裂隙水沙混合物渗透特性测试,得到水沙混合物裂隙渗流特性参数(有效流度I_e和非Darcy流因子β)。试验结果表明:当沙粒径小于0.180 mm、质量浓度小于80 kg/m~3时,水沙混合物可以视为幂律型流体;随着沙质量浓度和粒径增大,稠度系数增大,幂指数随之减小。水沙混合物在裂隙中渗流速度-压力梯度可用二项式关系式拟合。有效流度I_e、非Darcy流因子β与水沙混合物的质量浓度ρs分别呈幂指数函数关系,随质量浓度增大有效流度I_e也随之增大,非Darcy流因子β则随之减小。水沙混合物在裂隙岩石渗流时,沙质量浓度和粒径对渗流参数都产生影响,但沙密度是主要影响因素。