断层破碎带岩体孔隙结构表征与非线性渗流特性 |
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引用本文: | 马丹,李樯,张吉雄,刘勇,侯文涛.断层破碎带岩体孔隙结构表征与非线性渗流特性[J].煤炭学报,2023(2):666-677. |
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作者姓名: | 马丹 李樯 张吉雄 刘勇 侯文涛 |
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作者单位: | 1. 中国矿业大学矿业工程学院;2. 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室 |
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基金项目: | 国家自然科学优秀青年基金资助项目(52122404);;国家自然科学基金面上资助项目(41977238); |
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摘 要: | 为揭示煤矿开采断层破碎带突水灾害发生机理,有必要深入研究断层破碎带岩体的孔隙结构和渗透特性。研制了破碎岩体渗流-应力耦合试验装置,提出了应力作用下级配破碎岩体孔隙结构测试和渗流试验方法,研究了应力和级配对破碎岩体孔径分布特征、孔隙分形特征和非线性渗流行为的影响规律,构建了基于核磁共振的承压破碎岩体渗透率预测模型。试验结果表明:(1)颗粒分形维数为2.6的连续级配和间断级配破碎岩体的孔径分布均为三峰结构,级配破碎岩体中小颗粒的缺失会导致孔隙率和最大孔径增大,降低破碎岩体的压缩性,增大应力可促使渗流孔向束缚孔转变,降低破碎岩体的压缩性。(2)渗流孔隙率对级配破碎岩体渗透率起主导作用,束缚孔隙率对渗透率的影响较小,增大应力会降低破碎岩体渗透性,大颗粒的缺失会导致级配破碎岩体渗透率减小。(3)连续级配和间断级配破碎岩体的非线性渗流特性均可用Forchheimer方程描述,应力影响下破碎岩体的渗透率和非Darcy流β因子变化趋势相反,小颗粒的缺失会导致级配破碎岩体非Darcy流β因子减小。(4)构建了基于核磁共振的级配破碎岩体渗透率预测模型,通过剔除束缚孔的影响并引入渗流孔的加权贡献,可显著提高...
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关 键 词: | 断层破碎带 破碎岩体 孔隙结构 渗流特性 预测模型 |
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