受载煤体电磁辐射动态非线性特征

为了研究受载煤岩变形破裂过程中电磁辐射动态非线性特征,对不同力学性质的煤样进行了不同加载速率的单轴压缩实验和分级加载实验,发现受载煤体电磁辐射由煤的力学性质、应力水平及加载速率共同决定,煤的强度越高、加载速率或应力水平越大,电磁辐射非线性特征越明显.依据煤的力学性质,受载煤体在变形破裂过程中其破坏前兆信号可以划分为3种类型.应用时变多重分形理论分析了电磁辐射时间序列,结果表明煤岩破裂失稳之前多重分形参数Δαm随载荷的增加呈增大趋势,在破坏后期Δαm有一定程度降低.裂纹扩展越激烈,煤岩内部损伤程度越高,Δfm越小.Δαm,Δfm的动态变化可以用来评价煤岩变形破裂过程及破坏阶段.     

含瓦斯煤体非线性渗流模型

以前期获得的实验研究成果为基础,基于力学平衡方程,建立了描述瓦斯气体渗流特征的非线性渗流方程.分析了煤与瓦斯气体分子间的吸附作用对渗流过程的影响.结合自行设计的煤岩渗透特性测试装置,提出了确定非线性渗流关键参数的新方法.结果表明:达西定律需经修正方能描述瓦斯气体在煤体内的流动,煤与瓦斯气体分子间的吸附作用对瓦斯渗流影响显著.含瓦斯煤体内,非线性附加阻力来源于基质膨胀、边界层影响、吸附的动态传质过程.     

神府煤各种煤岩组分吸附性能的比较研究

通过对各煤样的吸附性实验及结构分析，研究了神府大柳塔煤中各种煤岩组分的吸附性能，结果表明：同淮南煤相比，神府煤各煤岩组分及吸附性能较高，其中丝炭经焙烧后吸附性能增加较大，可作为制备碳吸附材料的原料。     

块煤的孔隙特征及其影响因素

根据47个煤样的压汞实验、扫描电子显微镜观测,以及显微煤岩组份定量等手段,作者首次系统地研究了块煤的孔隙特征。研究表明:煤的孔隙特征主要取决于煤化程度、显微煤岩组份、矿物质含量和断裂破坏强度。该项研究对于探讨煤层甲烷开发、煤的地下气化以及煤与瓦斯突出具有重要意义。     

液态水对煤吸附甲烷影响的机理分析

为了研究液态水对煤吸附甲烷影响的机理,进行了不同煤级干燥煤样、平衡水煤样和注水煤样等温吸附实验,基于分子间作用力对液态水影响机理进行分析,并用维里方程拟合等温吸附实验结果来验证.结果表明,煤基质的润湿程度是液态水影响煤吸附甲烷的主要因素.干燥煤样中煤与甲烷分子间作用力远大于甲烷分子间作用力,第二维里系数较低,吸附能力强;平衡水煤样中煤与水分子氢键能高于范德华力,气态水分子竞争吸附,第二维里系数偏高,煤基质吸附能力弱;注水煤样中煤与甲烷分子之间长程作用力和甲烷与水分子之间短程作用力之和较小,与甲烷分子间作用力相当,第二维里系数最高,煤基质吸附能力很低.煤级增高,煤基质表面极性及其润湿程度降低,第二维里系数随之降低.     

孔隙压力与水分综合作用的煤岩渗透率演化规律

为探究孔隙压力与水分变化引起的煤基质压缩体积变化及其对煤岩渗透率的影响规律,采用液氮吸附实验和压汞实验结合的方法计算煤基质压缩系数,并分析煤岩孔隙结构特征.开展不同含水率条件下孔隙压力升高的煤岩渗流实验,构建考虑水分和孔隙压力综合作用的渗透率模型,体现煤岩孔隙结构和瓦斯渗流的关联性.结果表明:煤基质压缩系数可使煤岩压缩体积变化量化,而且煤岩渗透率与孔隙压力呈指数函数关系.孔隙压力恒定时,渗透率随含水率的增大而减小.对比分析渗透率模型计算的压缩系数与孔隙结构实验计算值,说明孔隙结构对煤岩吸附及渗透特性有控制作用.     

煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究

基于测试耗氧速率和氧化动力学参数研究煤样粒径对煤低温氧化的影响。利用煤低温氧化测试系统,测算在供应气体流量、氧含量等给定条件下四类不同粒径范围煤样升温氧化耗氧速率,同时依据基于耗氧量建立的数学模型来测算煤低温氧化时不同粒径煤样活化能和指前因子等动力学参数,结果表明不同粒径煤样低温氧化耗氧速率变化分为缓慢耗氧、浅度耗氧和深度耗氧等三个阶段,在实验条件下煤样粒径小于0．198mm的煤样更适合煤低温氧化。     

煤岩卸荷变形损伤及声发射特性

深部开采引起的煤岩卸荷损伤破坏的机理与连续加载机理不同,从卸荷的角度研究煤岩动力灾害成为研究煤岩动力灾害问题的一个新的发展方向。利用MTS815岩石力学测试电液伺服试验系统和8CHSPCI-2声发射检测系统,对煤岩卸荷变形损伤及声发射特性进行了研究。研究表明,煤岩卸荷破坏表现为强烈的脆性破坏,且具有突发性,多呈张剪复合型破坏形式;煤岩卸荷的累积声发射振铃计数演化曲线可反映煤岩卸荷损伤的演化过程;煤岩卸荷破坏过程可分为3个阶段：损伤弱化阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段;在煤岩开采过程中,围压被卸除,煤岩体迅速进入到煤岩卸荷损伤破坏的第3阶段,损伤迅速累积并发生突发性断裂破坏,煤岩动力灾害随即发生。     

含水量对煤岩电磁辐射特征的影响

利用MTS815电液伺服岩石试验系统对不同含水量原煤试样进行加栽破裂试验，测试了试样变形破裂过程中的电磁辐射信息，分析了自然原煤样及不同含水量煤样受栽破坏时的电磁辐射特征及水分对电磁辐射在煤岩介质中传播的影响．结果表明，随含水量的增加，煤岩产生的电磁辐射强度减小；在煤岩破坏过程中，电磁辐射的阶段分布特征发生变化，含水煤样在应力峰值前电磁辐射信号明显比自然原煤丰富．煤层含水量的增大，使得煤岩介质电阻率降低，导电性能增强，电磁辐射在煤层中的趋肤深度减小，即在煤层中传播距离变小．研究结果表明，水对煤岩电磁辐射的产生和传播的影响是显著的，因此，在煤矿现场的应用中必须考虑到煤层水分对电磁辐射的影响．     

基于层理和煤阶影响的煤体固有频率特征研究

为探明振动波激励煤体共振增渗技术的优势频率,采用自主搭建的煤体固有频率测试试验系统,依据敲击法测试原理对高、中、低3种不同煤阶的正方体干燥煤样进行三维面固有频率测试和分析。结果表明：汉宁窗较适合煤体振动信号FFT分析,可以准确识别频谱峰值所对应的频率,从而直接得出煤体的固有频率;力锤敲击力度只影响振动信号加速度幅值大小,对煤体固有频率变化无影响;同一煤样平行于层理面的固有频率大于垂直于层理面的,且垂直于层理两个面的固有频率略有差异;受煤基质、矿物质含量等因素影响,高、中、低3种不同煤阶煤样的力学性质不同,这是造成不同煤阶煤体固有频率差异性的主要原因。研究结果可为振动波激励煤体共振增渗技术应用提供理论依据。     

Theoretical method for calculating porosity and permeability under self-regulating effect

In order to study the effect of stress-sensitivity and matrix shrinkage on coalbed methane production, equivalent matrix particle model is proposed considering the process of adsorption and desorption. Calculating mathematical models for calculating porosity and permeability which considered matrix shrinkage by combining diameter model and desorption were established. The calculations of porosity and permeability under self-regulating effect were obtained by combining traditional stress-sensitivity equations. The changes of porosity and permeability in different reservoirs were calculated and analyzed through a variety of basic parameters. The results show that high coal rank reservoir has the biggest range ability of porosity and permeability under the same pressure difference conditions, followed by the middle rank and the low rank. The research observed the positive relationship between stress-sensitivity and declining period of porosity and permeability in low rank coal reservoir, and the inverse relationship between matrix shrinkage and declining period of porosity and permeability. The stronger the matrix shrinkage is, the earlier declining period and rise period will occur.     

煤基块弹性能及其与地质控制因素之间的关系

煤储层弹性能是联系成藏动力学条件与煤层气藏之间的桥梁和纽带，煤基块弹性能是储层能量的主要组成部分，是煤层气成藏的关键．本文通过煤基块弹性能物理模拟实验，对影响煤基块弹性能的参数进行了研究，分析了其与地质控制因素之间的关系．研究表明：煤基块弹性能受控于煤体自身的岩石力学性质，与地质历史时期的煤储层埋藏深度、煤级演化程度密切相关．煤基块弹性能随着煤储层埋深的增加而降低，随着煤级的升高而增大．     

土体干缩裂隙发育过程及断裂力学机制研究进展

土体干缩开裂是一种常见的自然现象,能极大弱化土体的工程性质,是许多岩土、水利和地质工程问题的直接诱因。然而,目前学界关于干缩裂隙的发育机理尤其是裂隙现象中蕴含的力学机制尚缺乏深入认识,重视程度严重不够。基于国内外近些年来围绕土体干缩开裂所开展的研究,着重对裂隙发育机理和断裂力学理论的应用进行了系统的归纳和总结,并基于当前的研究不足,提出了今后的研究重点和方向。结果表明:①蒸发为土体干缩开裂的前提,对于初始饱和的土体而言,土体开裂发生时仍处于饱和状态,水分蒸发处于常速率阶段,此时对应的含水率为临界含水率;②土体发育干缩裂隙是内部应力作用的结果,在干燥过程中,基质吸力引起的张拉应力达到或超过抗拉强度时,土体发生开裂,因此,基质吸力和抗拉强度是影响土体开裂的两个关键力学参数;③土体开裂与体积收缩密切相关,收缩是土颗粒在张拉作用下发生移动的宏观表现,可以分为正常收缩、残余收缩和零收缩阶段,且大多数裂隙发生在正常收缩阶段,少部分发生在残余收缩阶段,体积收缩为开裂提供了空间,因此,收缩是裂隙形成和发育的必要条件;④断裂力学是研究土体开裂破坏的主要工具之一,运用断裂力学对土体裂隙发育过程进行解释一般有两种途径,即从应力的角度和从能量的角度,涉及的土体断裂力学参数包括应力强度因子、断裂韧度和能量释放率,是用来判断土体是否开裂以及什么时候开裂的有力依据;⑤用于测定土体断裂参数的方法主要有三点弯曲断裂试验和直接拉伸试验,以及基于这两种方法改进的试验方法。     

煤基质收缩对渗透率影响的实验研究

在具有围限压力的情况下进行了煤岩体氦气和甲烷渗透率的平行实验；采用控制有效应力的方法,消除了因流体压力降低和气体解吸引起的渗透率变低问题；同时,利用克林伯格公式，校正了因气体分子沿壁面滑动而影响的渗透率，并定量地推导了煤基质收缩引起的渗透率变化情况。结果表明：渗透率增量随绝对渗透率的增加而增大，随流体压力的减少而呈对数形式减少；煤岩体氦气的绝对渗透率大于甲烷的克氏渗透率，在有效应力不变的情况下，流体压力愈小，滑脱效应愈明显；滑脱效应引起的渗透率增量越大;氦气滑脱效应大于甲烷。     

粉煤灰掺量对HDCC力学及收缩性能的试验研究

由于高延性纤维增强水泥基复合材料（HDCC）收缩变形大和价格昂贵等问题，采用国产PVA纤维、粉煤灰等材料制备低收缩、低成本HDCC。采用微观试验和宏观试验进行分析，结果表明：随着粉煤灰掺量的增加，延迟了HDCC的水化反应，引起力学性能的降低，使纤维基体的界面微观力学参数发生改变，促进了纤维从基体中拔出，使延性和韧性显著提高，同时显著降低了收缩变形。     

界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响

用碳化硅晶须、光敏树脂合成了光固化用树脂基复合材料,并对材料进行了拉伸测试,测试结果表明复合材料的实测拉伸强度与理论值相差较大;在实验的基础上进一步建立了复合材料的界面相模型,采用有限元方法分析了界面性能对晶须增强树脂基复合材料力学行为的影响.结果表明:界面性能对晶须承受轴向应力的影响远大于对树脂基体的影响,晶须界面剪切应力与界面结合强度成正比,晶须端面应力集中系数随界面结合性能的增强而递增.     

碾压混凝土直剪力学性能的数值模拟

为从细观结构上研究碾压混凝土的直剪力学性能,采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆体、粗骨料颗粒、二者间的黏结带和砂浆层面构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟碾压混凝土的细观损伤断裂和直剪,对其抗剪参数进行了研究.结果表明:层面和黏结带是碾压混凝土直剪破坏的薄弱环节,所采用的数值模拟计算方法基本可行.     

How moisture loss affects coal porosity and permeability during gas recovery in wet reservoirs?

Moisture in coal seams changes gas adsorption capacity, induces coal deformation, and affects coal porosity. However, fewer studies have investigated the dynamic process of moisture loss. In this study, a fully coupled multi-physical model for coal deformation, gas flow and moisture loss was implemented. It validated the coal-gas-moisture interactions of the decay of gas adsorption capacity and the coal shrinkage.Subsequently, the proposed model was applied to a simulation of coal seam gas recovery from wet reservoir and solved using the finite method in COMSOL Multiphysics 3.5. Analyses of the component factors and the sensitive parameters of moisture loss on coal porosity and permeability were comprehensively studied at last. The results reveal that moisture loss enhances coal porosity and permeability. The decay of gas adsorption capacity decreases coal permeability while the coal shrinkage promotes it. The decrease of the adsorption decay coefficient and the increase of the initial density of saturated water vapor and water evaporation constant can enhance the permeability of wet coal seams.     

Mechanism of CO2 enhanced CBM recovery in China: a review

Permeability of coal reservoirs in China is in general low. Injection of CO2 into coal seams is one of the potential ap-proaches for enhancing coalbed methane (CBM) production. The feasibility of this technology has been investigated in China since the 1990s. Advances in mechanism of CO2 enhanced CBM recovery (CO2-ECBM) in China are reviewed in light of certain aspects,such as the competitive multi-component gas adsorption, sorption-induced coal swelling/shrinkage and its potential effect on CBM production and numerical simulation for CO2-ECBM recovery. Newer investigations for improving the technology are discussed. It is suggested that a comprehensive feasibility demonstration in terms of geology, technology, economics and environment-carrying capacity is necessary for a successful application of the technology for CBM recovery in China. The demonstration should be car-ried out after more investigations into such facets as the control of coal components and structure to a competitive multi-component-gas adsorption, the behavior and essence of super-critical adsorption by coal of gas, environmental and safe feasi-bility of coal mining after CO2 injection and more extensive pilot tests for CO2-ECBM recovery.     

Theoretical analysis of influencing factors on resistance in the process of gas migration in coal seams

Inspired by previous resistance models for porous media, a resistance expression of gas migration within coal seams based on the ideal matchstick geometry, combined with the Darcy equation and the modified Poiseuille equation is proposed. The resistance to gas migration is generally dynamic because of the variations in adsorption swelling and matrix shrinkage. Due to the limitations of experimental conditions,only a theoretical expression of resistance to gas migration in coal is deduced, and the impacts of tortuosity, effective stress and pore pressure on the resistance are then considered. To validate the proposed expression, previous data from other researchers are adopted for the history matching exercise, and the agreement between the two is good.