岩石渗透试验瞬态法的水动力学分析

压力脉冲瞬态法是一种专门进行岩石渗透率测试的新方法。对多孔介质渗流的水动力学分析表明,在岩石渗透试验的瞬态法中,水流动量方程可以不考虑流速的变化率。对于致密岩石,出现高速非Darcy流的特征不显著,在一般条件下Darcy定律仍然有效。给出压力脉冲瞬态法的物理模型和数学模型,采用等梯度假设简化连续性方程,针对上下游压力容器的不同控制条件,推导各种情况下压力测试曲线的解译公式。这些解译公式为分析不同控制方式下的试验过程和计算岩石渗透率提供了方便。实例表明,基于等梯度假设的解译公式对压力脉冲瞬态法所产生的渗透率测试曲线基本适用。     

峰后砂岩非Darcy流渗透特性的试验研究

研究高应力状态下，尤其是峰后低围压下岩石的渗透性具有十分重要的现实意义。利用获得专利权的岩石渗透试验装置与MTS815．02岩石力学伺服试验系统相配套，用来测试单轴峰后给定应变状态下岩样的非Darcy流渗透特性。在阐述岩石Darcy流渗透性的测试原理及误差的基础上，介绍了峰后岩石非Darcy流渗透特性的测试原理、试验系统与测试方案，并给出峰后中砂岩非Darcy渗透特性的试验结果。试验数据表明，单轴峰后应力状态下中砂岩的渗透率k与峰前比较有量级增加，峰后k值随轴向应变ε增长呈二次抛物线关系。     

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。     

承载关键层、隔水关键层和渗流关键层关系初探

在分析岩层变形-渗流耦合系统的复杂性特征的基础上,提出应用复杂系统动力学理论解释突水机制的初步设想.研究表明：在承载关键层破断前,承载关键层同时也是隔水关键层,但一般不是渗流关键层;在承载关键层破断后,承载关键层不再具有隔水作用,隔水作用最强的某一软弱岩层成为隔水关键层和渗流关键层;当渗流参量满足一定的条件,渗流发生Lyapunov意义下的失稳,引发突水;岩层变形-渗流耦合动力学系统是具有非连续性、非均匀性、非线性、控制参量时变和边界时变等特征的复杂系统.只有将承载关键层理论、隔水关键层理论和渗流关键层理论相互融合,并且将复杂系统动力学的思想和方法引入突水防治理论研究,才能从本质上描述突水的过程.     

双断口真空断路器开断速度对电压分布的影响

多断口真空间隙串联可以充分发挥真空短间隙绝缘恢复速度快、低碳环保等优点,但存在断口电压分布不均的问题,在断口两端并联过大的均压电容会增加弧后电流,限制双断口真空开关的开断能力.该文旨在寻找一种自均压方式,减少均压电容的使用.研究了双断口串联真空间隙两组触头在相同的真空环境下,燃弧期间开断速度对电压分布的影响机理.设计了...     

甲醇装置合成气压缩机组汽轮机的改造

介绍甲醇装置合成气压缩机高压抽凝式汽轮机替换为中压全凝式汽轮机的改造背景及技术方案,重点介绍机组的拆除和回装过程以及遇到的问题。改造后机组试车、运行均取得良好的效果,保证了机组在甲醇装置原料改变的情况下仍能满足工艺生产的需要。     

矸石在恒载变形试验过程中的渗透特性研究

采用变形渗流试验和渗流试验2种试验方案,对比研究矸石在时效性变形过程中的渗透特性,并得到了各级应力水平下渗流稳定时矸石的渗透系数.研究表明:对质量和初始堆积高度相同的散体矸石,由于初始孔隙结构的差异,渗流试验中岩样在各级应力水平下的位移都高于变形渗流试验中的位移;随着岩样的压密及破碎,岩样中孔隙压力的量级从千帕增加到兆帕,在相同的渗流速度下,孔隙压力-时间曲线不易达到稳定状态;在相同的轴向应力及渗流速度作用下,岩样的变形对其渗透系数有很大影响,2种试验中岩样的渗流试验渗透系数小于变形渗流试验系数.     

沿空留巷围岩受力变形特征及其支护优化设计

针对高河煤矿W1309工作面沿空留巷煤炭开采率低、井下矿灾易发等工程问题,分析柔模支护下沿空留巷的围岩稳定性问题与变形破坏特征,建立力学悬臂梁结构模型,对比软弱顶板和厚硬顶板对沿空留巷覆岩应力分布区的影响,呈现不同类型的应力分布区。并利用FLAC3D软件对采动影响下沿空巷道围岩应力及变形特征进行计算,发现煤帮变形量与变形幅度均大于柔模帮相应值。通过理论分析与数值计算,提出采用非均称支护设计理念的巷道支护优化方案。     

二氧化碳在多孔水泥充填材料中的扩散与反应动力学响应

综合运用反应动力学和连续介质力学理论,建立了CO_2在水泥孔隙介质扩散的过程中含有10个质量浓度和7个反应速率的化学反应动力学模型,并利用遗传算法对模型中9个决策参量分别进行了优化。通过数值模拟研究了孔隙度、扩散系数、扩散速率、反应级数、反应速率和组分浓度沿试样高度方向分布特征。研究表明:1)孔隙度、扩散系数和扩散速率沿试样高度方向单调减小,随时间单调增大。2)当反应持续到12,24,48 h,上下端CO_2质量浓度差依次减小3.03,1.99,1.62kg/m3。3)在试样上端面附近CO_2质量浓度随单调减小,在试样下端面附近质量浓度随单调增大,在中间截面上质量浓度先升后降。4)由于反应级数的跳跃,氢氧化钙、硅酸三钙和CO_2质量浓度及其变化率出现轻微的抖动。根据数值模拟结果与实验结果对比表明该模型可以精确的分析CO_2在多孔水泥充填材料中的吸附过程,可以定量定性的分析CO_2矿物碳酸化存储效果。     

龙固矿底板突水危害性预测

基于层状岩体渗流失稳条件,以突水因数作为突水判据,预测了龙固矿底板的突水危害性。根据龙固矿地质岩层柱状图,建立了一种有限元计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进到50 m和150 m时底板岩层的应变分布;利用渗透特性与应变的关系,映射出底板岩层的渗透特性分布,并计算了相应于这两个状态的突水因数。研究表明,随着工作面的推移,底板破坏范围不断扩大,变形相应地增大;由于岩层的破坏,其渗透率随应变按指数规律急剧增大,而非Darcy流β因子和加速度系数则按指数规律急剧减小,从而突水因数近似地按指数规律增大。