煤岩体强度对灌浆压裂裂隙形成规律影响分析

利用RFPA-flow仿真软件建立二维模型,通过在强度较低及较高的煤岩体进行灌浆操作,模拟灌浆过程中强度变化下产生的裂隙直至模型失去稳定性的全部发展过程,根据仿真结果归纳出不同强度的煤岩体进行灌浆压裂作业时所产生的裂缝发展规律。     

岩体裂隙间距的分形特征

本文依据某露天矿花岗片麻岩体中裂隙间距的扫描线实测数据，采用分形理论表征裂隙间距的分形特征，并研究了分形维数与裂隙频率、分形维数与岩石质量指标的相关性。     

采动岩体裂隙分维演化规律分析

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统研究了具有初始裂隙的采动岩体裂隙演化过程和破坏模式,利用数值试验成果基于分形几何理论分析了采动岩体裂隙分形维数随开采宽度、初始损伤量的演化特征,揭示了采动岩体裂隙分维演化规律.分析证明,与采动岩体裂隙分布的分形维数存在明确对应关系的应为初始损伤量,而不是初始裂隙倾角,不同的初始损伤量对应不同的分形维数,在开采末期,采动岩体裂隙分维随初始损伤的增加而呈线性增加,回采结束时,初始损伤量越大,采动岩体裂隙分布的分形维数越大.研究结果为进一步探索裂隙随机分布时采动岩体分维演化规律提供参考依据.     

基于裂隙几何特征的岩体渗透率预测

为了研究基于地表裂隙特征的三维岩体等效渗透率预测方法,建立了不同裂隙特征下三维裂隙岩体几何模型,分析了裂隙几何特征、基质渗透率与二维切面等效渗透率与岩体等效渗透率的内在联系,发现二维切面等效渗透率整体小于三维岩体等效渗透率,且三维岩体等效渗透率与裂隙长度、密度、基质渗透率呈线性关系。量化了裂隙几何参数及基质渗透系数对三维模型等效渗透率的影响,并通过回归分析建立了基于三维岩体裂隙长度、密度、基质渗透率与二维切面等效渗透率预测三维等效渗透率表达式,预测效果较好。     

裂隙几何特征对岩体力学特性的模拟试验研究北大核心

为探究裂隙结构面对岩体力学特性的影响,对含预制裂隙岩样进行压缩模拟试验,基于SEM、NMR、Vic-3D技术,结合声学及宏细观结构特征对岩体进行多尺度研究,重点分析裂隙几何特征对岩体力学性状与行为的演变规律。结果表明:岩样强度随裂隙长度、贯穿度及数量的增加呈现下降趋势,随裂隙倾角的增大呈现先减小后增大的趋势,30 mm裂隙岩样强度最低,90°裂隙岩样强度最为接近完整岩样;完整岩样、0°、90°裂隙岩样发生张拉破坏,不同裂隙贯穿度岩样发生拉剪复合型破坏,不同裂隙长度、数量、30°、45°及60°裂隙岩样均表现为剪切破坏。岩样受荷后微小孔隙比重降低,大中孔隙比重增大,表明预制裂隙造成的初始损伤和荷载作用均能改变岩样内部孔隙结构,进而影响其宏观力学特性。     

采动岩体裂隙分形特征的实验研究

利用相似材料模拟实验模拟采动岩体裂隙的形成过程和分布状态 ,运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体裂隙的分形特征。实验结果表明 :当采掘工作结束且岩移基本稳定之后 ,采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体的分形维数分别为 1.17、1.0 6和 0 .98,冒落带分形维数是裂隙带的 1.1倍 ,裂隙带分形维数是弯沉带的 1.0 8倍     

裂隙岩样端面的分形维数计算

为了定量描述试样端面裂隙的发育程度,基于网格盒子法,计算得出了试样端面裂隙的分形维数,并使用MTS815岩石多功能试验机测试裂隙岩样的渗透系数,通过试样的分形维数及试验测试结果对比发现:试样裂隙越发育,计算出的分形维数越大,且通过试验测试的渗透系数也越大;同时,试样受荷载循环加载次数的增大,分形维数对试样的渗透系数影响越小。     

裂隙岩体损伤断裂分形研究

介绍了岩石内部含有大量的微观、细观缺陷损伤,是影响岩石力学性质的重要因素。分形几何是定量描述岩石材料损伤断裂宏观、细观、微观力学行为的有力工具。与其它方法相比,分形理论在研究岩石类材料损伤方面具有定量化、直观、方便、易于掌握等特点。对裂隙岩体损伤断裂分形研究现状、基本概念进行了总结,并对发展前景进行了展望。     

采动岩体裂隙分形特征的实验研究

利用相似材料模拟实验模拟采动岩体裂隙的形成过程和分布状态，运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体裂隙的分形特征。实验结果表明：当采掘工作结束且岩移基本稳定之后，采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体的分形维数分别为1．17、1．06和0．98，冒落带分形维数是裂隙带的1．1倍，裂隙带分形维数是弯沉带的1．08倍。     

裂隙分布对煤岩体冲击倾向性影响机制试验研究

对含预制裂隙试件开展单轴压缩试验,采用声发射和数字散斑监测技术探究了不同裂隙分布试件的力学响应特征,分析了不同裂隙对试件变形破坏、冲击倾向性及能量积聚与释放的影响规律。试验结果表明：同种类型预制裂隙试件的破坏形式,随倾角的增加,破坏类型呈拉破坏—拉剪破坏—拉破坏—劈裂拉破坏的变化趋势,破坏剧烈程度呈现强—弱—强的变化趋势。从不同裂隙类型来看,平行双裂隙的试件产生的次生裂隙与预制裂隙形成块体结构,削弱了试件整体的完整性。单轴抗压强度、冲击能量指数等4个指标反映冲击倾向性变化规律为：随倾角增加,呈现先减小、后升高的变化趋势,其中β=30°时冲击倾向性最小。倾角相同情况下,不同类型的裂隙试件其冲击倾向性大小关系为：共面双裂隙试件>单裂隙试件>平行双裂隙试件。应力峰前阶段累计声发射能量和总累计能量之比W_E、峰前累计声发射事件与累计总事件之比W_N和声发射事件特征参数b值3个指标的变化规律与冲击倾向性的变化规律相一致。声发射信号能量-频次特征揭示了冲击倾向性变化规律的内在原因。研究成果对揭示裂隙煤岩体冲击地压发生机制具有重要理论意义。     

采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理

采用渗流力学理论分析方法,对煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合作用进行了研究。对采动过程中煤层及其覆岩的裂隙,采动应力和瓦斯压力进行了现场实测,并对三者之间的相互影响作用进行对比分析。研究结果表明：采动影响下裂隙煤岩体的渗透率与裂隙宽度、裂隙贯通情况、裂隙不平整度、裂隙间距裂隙法向刚度和采动应力等有关,裂隙煤岩体瓦斯流动与其裂隙发育情况有着极其密切的关系,瓦斯渗透率与裂隙宽度呈正相关,与裂隙间距呈负相关。基于工作面煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动耦合作用,依据裂隙煤岩体瓦斯渗流定律,构建了裂隙煤岩体采动应力-瓦斯渗透的力学模型,揭示了裂隙煤岩体的采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合机理。     

构造煤裂隙及渗流孔隙分形特征研究

构造煤的孔裂隙系统对煤层气吸附、运移以及瓦斯突出均具有控制作用,选取淮北朱仙庄矿12块不同变形类型构造煤进行显微镜观测和压汞测试,并利用分形方法对样品裂隙系统、渗流孔孔隙系统及二者的关联性进行研究,结果表明:样品显微裂隙信息维数分布于1.2~1.9,孔隙分形维数分布于2.6~3.0;随着煤体变形程度增强,显微裂隙分形维数Dl线性增大,渗流孔隙分形维数Dk在脆性变形阶段变化不大,脆-韧性和韧性变形阶段呈线性减小。Dl增大,样品渗流孔孔容和比表面积呈指数增大,平均渗流孔孔隙直径减小,渗流孔发育程度提高,渗透性增强。孔隙分形维数随裂隙分形维数增大呈抛物线形式减小,以Dl=1.6为界,可根据Dl值将变形环境分为小于1.6的脆性变形环境以及大于1.6的脆-韧性/韧性变形环境。     

基于扩展有限元法的煤岩体水力裂隙特征

为合理探究煤岩体水力裂隙相关特征,基于扩展有限元理论,建立煤岩体水力压裂模型,得出煤岩体的水力压裂裂隙特征.结果表明:前30 s裂隙应力场扩散速度最快,在30 s达最大值,随后以极大的速度降低,裂隙应力场向裂隙四周扩散直到注水结束后达到稳态且压强几乎无变化;水力裂隙整体和横截面均为椭圆形,孔隙宽度由中央向两端逐渐减小,...     

仓内煤的流动特性及改善措施

本文主要从仓内物料——煤的流动特性方面入手,进行了较详细的综合论述,指出了影响其流动的主要因素,并提出了相应的改善措施。     

注浆对粗糙裂隙煤岩体应力场的影响分析

为研究注浆过程中粗糙裂隙煤岩体应力场的分布规律,采用随机中点位移法构建了二维粗糙裂隙剖面,通过COMSOL软件建立了煤岩体裂隙注浆流-固耦合数值模型,模拟了注浆过程中裂隙煤岩体的应力场,分析了裂隙剖面粗糙度及注浆速率对煤岩体应力场的影响。结果表明:注浆过程中煤岩体应力场的分布形态取决于裂隙剖面的粗糙程度,在剖面凹陷区域应力值较大,而在凸起区域则较小;裂隙剖面越粗糙,煤岩体应力场分布越复杂,局部区域应力集中越显著;同时,注浆速率也影响着煤岩体应力场,但仅对应力值大小产生影响,注浆速率与煤岩体应力值呈线性关系,且注浆速率对裂隙剖面凹陷处应力值的影响更大;随着裂隙剖面粗糙度的增大,煤岩体应力场受注浆速率的影响逐渐降低。     

锚杆锚固对裂隙岩体力学特性影响试验研究

采用不锈钢棒作为锚杆模型材料,采用水泥砂浆,制作含30,45,60和90°倾角且长度不同的裂隙试件,进行室内单轴压缩试验,研究裂隙倾角、裂隙长度等因素对加锚裂隙岩体力学特性及变形特征的影响,锚固方式分为无锚固、全长粘结锚固及预应力锚杆锚固。试验结果表明:加锚裂隙试件的峰值强度大致与裂隙倾角成正比关系;裂隙长度对无锚试件的强度及变形特性影响较大,而对加锚试件的影响较小;与无锚试件相比,加锚试件的弹性模量、峰值强度、残余强度均有不同程度的提高,且韧性增强,表现出延性破坏特征;全长粘结锚固及预应力锚杆锚固能够显著提高裂隙岩体的力学强度,增强裂隙岩体抗变形能力,有效抑制裂纹的扩展、贯通。锚杆的"锚固嵌锁"作用,能够提高破碎岩体的完整性,增加岩土工程的整体稳定性。     

裂隙网络对岩体试件单轴压缩力学特性影响研究

针对裂隙分布对岩柱或煤柱强度和稳定性影响问题,采用合成岩体模型技术(SRM)重构岩柱模型,研究裂隙密度和裂隙倾角对岩柱稳定性影响。合成岩体模型中分别采用平直节理黏结模型(FJBM)、光滑节理模型(SJM)和裂隙网络模型(DFN)模拟岩块、裂隙和裂隙网络。通过单轴抗压试验和单轴抗拉试验标定岩块宏观力学参数(单轴抗压强度、抗拉强度、杨氏模量和泊松比),数值模拟标定结果与试验结果对比表明数值模拟模型细观力学参数能够很好地匹配实验室岩样宏观力学参数。研究结果表明:岩体内裂隙将显著降低岩体抗压强度,岩柱强度随裂隙密度P21增加而降低;裂隙密度P21由1 m/m2增加至5 m/m2,岩柱平均强度由103.5 MPa降低至69.5 MPa,岩体抗压强度与裂隙密度负相关;裂隙倾角由0°增加至90°,岩柱抗压强度呈"U"形变化;裂隙密度较小时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,裂隙密度较大时,岩柱"X"形压剪破坏逐渐消失;岩柱产生的微裂隙与岩体裂隙密度负相关;裂隙倾角小于临界角φ或大于45°+φ/2时,岩柱易形成"X"形压剪破坏,而当裂隙倾角介于φ与45°+φ/2时,岩柱易形成剪切滑移破坏。岩体合成技术可为确定岩柱强度确定提供一种思路。     

基于工业CT扫描的瓦斯压力影响下含瓦斯煤裂隙动态演化特征

为探索瓦斯压力影响下的含瓦斯煤裂隙动态演化特征及其规律,利用受载煤岩工业CT扫描系统开展了三轴压缩条件下的含瓦斯煤原位工业CT扫描试验,获取了不同变形阶段的含瓦斯煤原始CT图像和应力-应变曲线等测试结果,通过三维重构技术得到了含瓦斯煤的数字化模型,运用图像分析处理软件对数字化模型进行了裂隙结构的精确提取,实现了含瓦斯煤内部裂隙结构空间形态的可视化展布,并结合分形理论对含瓦斯煤内部裂隙结构进行了定性和定量分析。研究结果表明:围压一定时,不同瓦斯压力下受载含瓦斯煤的全应力-应变曲线变化趋势大致相同,均经历了5个变形阶段,即初始压密阶段、线弹性变形阶段、塑性屈服阶段、峰值破坏阶段和残余变形阶段,含瓦斯煤的峰值强度、弹性模量和残余强度均随瓦斯压力的增大而线性减小;全应力-应变过程中,在瓦斯压力作用下,含瓦斯煤二维裂隙的分形维数和裂隙像素比变化趋势基本一致,呈现出先减少(或不变)后加速增大再增速放缓的变化规律;含瓦斯煤三维裂隙的裂隙率、裂隙密度和三维分形维数变化趋势基本一致,均呈现出缓慢下降、缓慢增长和急剧增长的三阶段式演化规律;破坏失稳后,含瓦斯煤裂隙像素比和二维分形维数随瓦斯压力的增加而线性...     

煤仓内煤的流动特性及其改善措施

根据煤仓内煤的流动特性,提出设计双曲线和指数曲线形煤仓结构形式,用电磁振动器、空气助流器和链板助流法防止煤流堵塞。     

基于粗糙离散裂隙网络模型的煤层气流动特性研究

煤体内随机分布的裂隙网络是煤层气的主要流动通道,而研究煤层气流动特性的关键在于准确模拟煤体中错综复杂的裂隙网络。基于像元概率分解理论,介绍了一种新的离散裂隙网络建模方法,相比传统方法多假设裂隙为平滑裂隙这一不足,该方法可充分考虑裂隙的粗糙特征,并结合数值模拟手段分析了不同裂隙特征参数对煤层渗透性的影响规律。结果表明:裂隙率(0.1~0.25)、分形维数(1.55~1.85)、最大裂隙长度(0.011~0.026 m)以及比例系数(0.006~0.08)与裂隙网络出口流速之间呈现较好的幂律增长关系,而迂曲度分形维数(1.0~1.02)、裂隙倾角(10°~85°)与裂隙网络出口流速之间呈现幂律降低的关系;其中,比例系数、裂隙倾角和最大裂隙长度对裂隙网络出口流速的影响最为显著。