多孔介质中Bingham型浆液柱状渗透规律研究

为考虑多孔介质微观结构对浆液扩散规律的影响,在假定Bingham型浆液黏度随时间呈指数函数变化且浆液呈柱状渗透扩散的前提下,基于分形理论及毛细管模型,建立了考虑黏度时变性的Bingham型浆液在多孔介质中柱状渗透扩散的分形解析表达式.分析了注浆压力差、迂曲度、黏度时变系数、注浆时间对浆液扩散距离的影响.结果表明:注浆压力差、注浆时间相同时,迂曲度对浆液扩散距离影响显著,迂曲度较大的多孔介质中浆液扩散距离较小;注浆压力差、注浆时间相同时,黏度时变系数越大浆液扩散距离越小;不同迂曲度的多孔介质中,要在特定的注浆时间达到设计的扩散距离,注浆压力差随黏度时变系数增大呈非线性增大的趋势.在渗透注浆设计时应充分考虑多孔介质中孔隙大小的分形分布和实际流动路径的弯曲特性.     

高梯度磁选机定向介质中的磁力

导出了计算作用在高梯度磁选机定向介质空间中磁力的一个新公式。考虑了介质的几何形状和介质单体之间的相互作用。使棒形介质单体周围的与磁场强度有关的顺磁性流体上升高度可见的新方法,可证明磁力的理论计算,并可确定磁力的最有效方向。     

煤层气水平井连通井组轨道设计与控制方法

煤层气水平井组由一口或几口水平井与一口洞穴直井连通,共同利用该直井进行采气作业,因此煤层气水平井需进行两井连通作业。依据煤层气水平井组的特点,建立了以煤层气水平井为基准的坐标体系,并推出了两井坐标体系的转换公式;考虑到连通井段短和轨道控制要求高的特点,优选出增-增-稳设计剖面,并建立了分段轨道优化设计方法;以逐步缩小洞穴井与水平井相对位置的不确定性椭圆范围为目标,提出了煤层气水平井轨道测量的方法及稳斜扭方位的轨道控制模型。通过以上的基础研究,形成了较系统的水平井连通井组轨道设计与控制方法,并结合现场应用进行了连通轨道控制的分析。     

保护煤柱计算方法的探讨

概述了保护煤柱留设的几何公式计算法以及保护煤柱压煤量公式的推导,与传统方法作了类比,指出此法的优越性.     

老采空区瓦斯抽采地面钻井的井网布置方法

为实现老采空区瓦斯抽采地面井网的优化布置,以导气裂隙带几何边界是否交汇作为相邻老采空区是否连通的依据,给出了相邻老采空区纵向连通及横向连通的判别方法和步骤,提出了基于老采空区连通性的老采空区区域划分方法；根据老采空区瓦斯的来源,采用分源法建立了老采空区瓦斯储量的计算模型；将老采空区瓦斯抽采地面钻井的管网选线优化设计转化为求解无向加权连通图最小生成树的图论问题,并举例介绍了Kruskal算法求解无向加权连通图最小生成树的详细步骤.在上述研究基础上给出了老采空区地面钻井井网优化布置的方法和步骤.     

黔西突出煤的微观孔隙分形特征及其对渗透率的影响

煤层气的运移、赋存与煤体内部孔隙结构密切相关。为研究贵州突出煤体的微观孔隙对其吸附性能及渗透能力的影响,以黔西青龙煤矿和兴隆煤矿的构造煤与原生煤煤样为研究对象,利用全自动氮吸附仪测得煤样的低温液氮吸附曲线,根据分形理论、毛细管平均迂曲度分形模型、渗透率模型计算得到了煤样的孔隙分形维数D_f、毛细管平均迂曲度分形维数D_T、渗透率K,并从分形的角度研究了黔西突出煤的微观孔隙分形特征与其吸附性能及渗透率的关系。研究结果表明:黔西突出煤孔隙度较低,迂曲度τ较大。随着毛细管平均迂曲度分形维数D_T、迂曲度的增大,瓦斯的最大吸附量V_L增加,Langmuir压力P_L降低,瓦斯吸附速度增大。渗透率K与D_T有较好的负相关关系。煤的渗透率低、瓦斯吸附能力强是贵州省矿区频发煤与瓦斯突出的主要原因。     

重选作业分配率计算公式的建立及应用

为改进重选作业分配率的计算方法、简化计算过程和便于实现计算机计算,简要介绍了目前所采用的近似公式法计算重选分配率的过程,研究了重选作业分配率的实质和重选分配曲线分布形态。应用改进的Logistic曲线模型推导出了用于直接计算重介质选煤分配率和跳汰选煤分配率的数学公式。结合实例,分别用直接公式和近似公式法计算了重介质选煤和跳汰选煤的分配率,进而计算出了不同原煤资料的重介质选煤和跳汰选煤的产品数质量。结果表明:直接公式和近似公式计算出的分配率和产品数质量的结果均十分接近,表明推导出的直接公式较为精确可靠。直接公式计算过程简单,结果精确,计算结果不受原煤可选性变化的影响,理论基础合理,可替代近似公式法计算重选作业的分配率。     

磨机介质填充率人工检测法的计算优化研究

介质充填率是磨机运行的重要指标之一,介质充填率的准确检测是保证稳定生产运行的关键。通过数学理论推导,得出介质填充率的计算公式,并得到介质面弦长或介质面距筒体顶的高度与磨机半径的比值与介质填充率的对应表,实际测量可直接根据比值在对应表中查找理论填充率,省略了计算过程,结果准确可靠。还列出了介质面弦长、介质面距筒体顶高度的经验公式与介质填充率对照表,并提出了经验公式详细的适用范围及与理论值的误差率。     

浅槽重介质分选机重介悬浮液流量的计算

从物料在分选机中的运动状态分层假设出发,结合分选机结构参数和工艺参数,引入水力学公式,提出了一种浅槽重介质分选机重介悬浮液所需流量的计算方法。计算数据与生产经验数据的对比表明,计算方法可行。     

基于显微CT技术的滤饼微观孔隙结构研究

通过真空过滤试验考察了颗粒粒度对过滤速度的影响,使用X射线计算机断层扫描技术获取滤饼的微观结构细节,分析颗粒性质对滤饼孔隙结构的影响,并对孔隙度、孔径分布、连通性、迂曲度等一系列关键孔隙结构参数进行了定量表征.结果表明:当平均粒径从10 μm增加到60 μm时,其过滤速度明显增大,滤饼多孔介质的孔隙率由41.15％增大...     

考虑微观孔隙几何的砂岩自发渗吸理论模型

为研究砂岩微观孔隙结构几何对其吸水特性的影响机理,应用Hagen-Poiseuille方程、La-place-Young方程、分形几何理论,考虑孔隙的截面形态、大小分布和通道迂曲3种几何特性,建立了平均几何与分形几何表征的毛细管吸水模型,并对模型的适用性、有效性进行了验证.对比已有模型,分析了各几何参数影响孔隙结构吸水...     

基于分形表征的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程

为揭示煤体孔隙内表面粗糙微结构对瓦斯传输的影响机制,准确研究粗糙孔隙中的瓦斯气体传输规律,运用自相似特性分形理论推导出了微纳米孔隙内壁面粗糙元有效平均高度和孔隙有效半径的精确数学表达式;采用Optical Tensiometer设备对取自煤体孔隙内壁表面进行3D形貌结构量化分析,将所得关键参数代入相对粗糙度表达式求得对应值为0.352;结合流体速度滑移效应和分子扩散传输机理,推导出了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流修正传输方程和非连续流扩散传输方程,再通过等效转换原则推导出微纳米孔隙内的视渗透率模型;考虑到煤体纳米级孔隙难以进行精确测量表征和规避孔隙连通性对气体传输的影响,选取结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为气体流动通道载体;基于气体压差穿透实验原理,利用实验室PMI微渗透率设备进行了纳米级孔隙薄膜的渗透性实验,将实验结果所测得的渗透率数据与本文理论模型计算值进行了对比分析。研究结果表明:基于分形表征建立的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程合理可靠,考虑孔隙粗糙度对瓦斯流动的影响是应该且必须的,以分形理论表征的孔隙相对粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度经验性公式更为精确,研究结果可为在分形拓扑领域中构建自仿射粗糙微通道的气体流动模拟研究工作中提供借鉴。     

颗粒堆积型多孔介质内弯曲流道毛细管束模型的研究

本文建立了基于弯曲流道的颗粒堆积型多孔介质内流体流动的毛细管束模型,并在低雷诺数、低空隙率范围内对颗粒层多孔介质内的渗透率、阻力特性等进行了研究,结果表明弯曲流道毛细管束模型适合于计算颗粒层多孔介质内流体流动。     

粉末高速压制成形坯孔隙度的分形研究

粉末高速压制成形坯孔隙结构极为复杂,以多孔介质孔隙结构的分形理论为依据,分析了其孔隙结构的分形特性,根据毛管束孔隙模型建立了粉末高速压制成形坯孔隙度的分形模型。以矿用氯化钙粉末为实验表明:多孔介质孔隙率随孔隙分形维数的增大而增大。     

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。     

基于显微CT的不同煤体结构煤三维孔隙精细表征

为了定量研究不同煤体结构煤的孔隙连通性和渗透能力的差异性,以渭北煤田韩城矿区为研究区,通过显微CT三维空间分析技术,采用多孔介质三维逾渗理论,开展了不同结构煤的孔隙三维建模分析,实现了对不同煤体结构煤中孔隙分布三维可视化的精细表征。结果表明:构造变形对煤的孔隙结构有深刻的影响;不同变形机制对煤的孔隙度、孔隙团数和最大孔隙团规模有着不同的影响,导致逾渗概率发生明显的变化;三维逾渗概率表明煤孔隙连通性和渗透率随变形程度增加呈现先升后降的变化趋势。碎裂煤孔隙团连通性最好,渗透性最强;糜棱煤孔隙团连通性最差,渗透性最弱。研究认为脆性破坏可促进外生孔和微裂隙的发育程度,加强孔裂隙间的连通性,提升煤岩渗透性;在脆韧性-韧性变形作用下,孔隙、微裂隙、矿物以及煤岩分布的非均质性明显增强,造成孔隙连通性变差,渗透率降低。     

基于数字图像处理的堆浸散体孔隙连通性分析

采用X光CT技术对微生物浸出前后堆浸散体的孔隙结构进行了扫描, 在数字图像处理的基础上提出了以孔隙拓扑率评价孔隙连通性的优劣, 分析了堆浸散体孔隙连通性的演化规律。研究结果表明: 浸出后堆浸散体孔隙连通性比浸出前大大降低, 同时从顶部至底部逐渐劣化。底部区域的横向孔隙连通性比浸出前同区域降低了64％, 比顶部区域降低了51％, 其纵向孔隙连通性比浸出前同区域降低了38％, 比顶部区域降低了42％。微生物浸出前后堆浸散体的连通性均存在明显的各向异性, 横向孔隙连通性高于纵向孔隙连通性。孔隙连通性的各向异性是导致散体介质渗流性能各向异性的重要因素之一。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

储层岩石孔隙结构的分形研究

储层岩石的孔隙空间具有良好的分形特征，孔隙结构的分形维数可以定量描述孔隙结构的复杂程度和非均质性。应用分形几何的原理，对低渗透储层岩石的孔隙结构进行了研究。建立了毛管压力和孔隙大小概率密度分布的分形几何模型。并根据毛管压力曲线资料计算了孔隙结构的分形维数和孔径大小概率密度分布。计算结果表明，用该方法研究孔隙结构不仅简单易行，而且精度很高。     

颗粒堆积型多孔介质非线性渗流的试验研究

采用SLB-1型应力应变式三轴剪切渗透试验仪对颗粒型多孔介质试样进行了恒围压与恒轴压不同孔隙压力条件下的渗流试验,考虑到颗粒型多孔介质渗透系数依赖于孔隙改变的特点,提出渗透系数的非线性数学模型。研究结果表明,渗流过程分为非稳定与稳定渗流两个阶段;渗透系数随着轴压和围压的减小由非线性逐渐趋于线性;一维稳定渗流问题的理论推导表明试样内部孔隙压力梯度具有非均匀性。结合试验数据,采用最小二乘法确定了渗透系数理论模型的待定参数,利用非线性数学模型与Darcy定律计算得到的渗透系数之比约为2.5倍。