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卸荷砂岩渐进破坏及渗透特性的中间主应力效应研究
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作者 杜佳慧 李文璞 +2 位作者 常悦 王泽 王涛 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第6期19-29,共11页
为了探究中间主应力对卸荷砂岩渐进破坏及渗流特性的影响,基于多功能真三轴流固耦合试验系统,以含气砂岩为研究对象,进行不同中间主应力条件下的卸荷试验;得到与裂纹体应变、损伤变量相关的指数型渗透率模型。结果表明:随着中间主应力... 为了探究中间主应力对卸荷砂岩渐进破坏及渗流特性的影响,基于多功能真三轴流固耦合试验系统,以含气砂岩为研究对象,进行不同中间主应力条件下的卸荷试验;得到与裂纹体应变、损伤变量相关的指数型渗透率模型。结果表明:随着中间主应力的增加,裂纹闭合应力、起裂应力、损伤应力均呈现增加趋势,弹性段与微小裂纹扩展阶段在峰前应变中的占比增加;在微小裂纹扩展阶段,中间主应力方向上的变形受到约束,对最小主应力方向产生的压缩效应随着中间主应力的增大而增强;在宏观裂纹扩展阶段,损伤应力与峰值应力比较接近,试样破坏呈脆性特征;随着中间主应力的增加,初期渗透率减少量呈下降趋势,渗透率升高点发生后移。 展开更多
关键词 中间主应力 卸荷 渐进破坏 砂岩渗透特性 岩石损伤
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内混式空气雾化喷嘴雾化影响因素试验与仿真研究
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作者 郑沂怡 李文璞 +3 位作者 邵和 王鑫 高玉荣 陈曦 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第9期39-47,共9页
为了研究3种内混式空气雾化喷嘴的适用场所,分析了空气雾化喷嘴的雾化特性,确定结构参数对喷嘴雾化特性的影响。基于VOF两相流模型及Realizable k-ε湍流模型,建立了三维稳态模型,分析3种内混式空气雾化喷嘴的雾化过程以及混合腔内压力... 为了研究3种内混式空气雾化喷嘴的适用场所,分析了空气雾化喷嘴的雾化特性,确定结构参数对喷嘴雾化特性的影响。基于VOF两相流模型及Realizable k-ε湍流模型,建立了三维稳态模型,分析3种内混式空气雾化喷嘴的雾化过程以及混合腔内压力和速度变化;搭建雾化试验平台,分析了3种内混式空气雾化喷嘴的雾化特性。结果表明:喷嘴的雾滴粒径与供气压力呈负相关关系,而与供水压力呈正相关关系;雾滴速度随供水和供气压力增加均呈现出增加的趋势;1号喷嘴的喷雾受工况参数影响较大,能够实现约为90°的雾化角和4.7 m的射程,雾滴粒径最小能达到8μm,综合雾化性能好;2号喷嘴的大液滴被压缩空气推向两侧,形成的喷雾较为分散,雾化角度约为141°,射程约为1.5 m;3号喷嘴的液相受压缩空气作用集中在中央,形成的喷雾雾化角度约为20°,射程高达3.7 m,雾滴速度约为28 m/s。研究结果为喷嘴设计和完善喷雾降尘系统提供理论指导。 展开更多
关键词 内混式雾化喷嘴 数值模拟 雾化特性 结构参数
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基于正交试验的气水喷嘴雾滴粒径预测数学模型
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作者 王鑫 李文璞 +3 位作者 邵和 郑沂怡 高玉荣 陈曦 《煤矿安全》 北大核心 2025年第1期72-78,共7页
为了解内混式气水喷嘴过程参数和结构参数对雾化特性的影响,基于自行设计的喷雾特性试验平台,使用正交试验方法定量分析了供气压力、供水压力、气水汇合角度、混合腔长度、出口尺寸对雾化特性的影响,在此基础上使用多元非线性回归方法... 为了解内混式气水喷嘴过程参数和结构参数对雾化特性的影响,基于自行设计的喷雾特性试验平台,使用正交试验方法定量分析了供气压力、供水压力、气水汇合角度、混合腔长度、出口尺寸对雾化特性的影响,在此基础上使用多元非线性回归方法建立喷嘴雾滴索特平均直径预测模型。试验结果表明:气流量随着供气压力、气水汇合角度、出口尺寸的增大而增大,随着供水压力的增大而减小;水流量随着供水压力、出口尺寸的增大而增大,随着供气压力、汇合角度的增大而减小;混合腔长度的变化对气水流量的影响不显著;索特平均直径随着供水压力、出口尺寸的增大而增大,随着供气压力、汇合角度、混合腔长度的增大而减小,各参数对喷嘴雾滴粒径影响的重要度排序依次为出口尺寸>供气压力>供水压力>气水汇合角度>混合腔长度;建立的多元非线性预测模型的计算值与试验结果变化趋势一致,平均相对误差为8.0%,可用于预测气水喷嘴的液滴尺寸。 展开更多
关键词 气水喷嘴 结构参数 流量特性 雾滴粒径 数学模型 粉尘防治
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有效应力和滑脱作用对深部页岩气渗流的影响 被引量:3
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作者 王军 李文璞 +5 位作者 刘超 张欢 陈现辉 张晓东 孙永康 崔少鹏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4461-4472,共12页
深部页岩气储层压力在衰竭过程中势必会产生滑脱效应和有效应力变化,两者对渗透率演化均起着重要影响,有必要探究它们对渗流的作用机理。进行了不同体应力和孔隙压力耦合作用下页岩的变形与渗流试验。研究表明:孔隙压力和地应力对浅部... 深部页岩气储层压力在衰竭过程中势必会产生滑脱效应和有效应力变化,两者对渗透率演化均起着重要影响,有必要探究它们对渗流的作用机理。进行了不同体应力和孔隙压力耦合作用下页岩的变形与渗流试验。研究表明:孔隙压力和地应力对浅部页岩气储层变形作用显著;在深部高应力作用下,页岩已处于致密状态,可压缩性显著降低,孔隙压力对其内部裂隙变形作用可忽略。随着页岩气储层由浅部进入深部,滑脱效应取代有效应力作用主导着页岩气渗流。在低应力和高应力作用下,页岩的渗透率有效应力系数均大于1,分别为2.90和2.95,表明未经实验验证而假定页岩渗透率有效应力系数κ=1是值得商榷的,这对页岩气产量预测会造成重大偏差。由于页岩微孔隙结构的形成与黏土颗粒密切相关,可利用黏土壳模型较好地解释κ>1的实验现象。利用线性、二次和双滑移Klinkenberg方程对滑脱效应进行修正,发现表观渗透率和孔隙压力之间更符合二次函数关系式。在深部应力环境下,相较储层有效应力变化,随着孔隙压力衰竭,滑脱效应更加明显;滑脱效应在高气体压力下会减弱,滑脱系数呈指数降低。最后,通过确定有效应力影响区最佳κ,得到不同应力阶段的渗透率应力敏感性指数ξ,进而提出了一种量化滑脱效应对表观渗透率贡献的新方法。 展开更多
关键词 渗透率 滑脱效应 深部页岩气储层 有效应力系数
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真三轴卸荷条件下砂岩力学特性和剪切变形带预测模型
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作者 王泽 李文璞 +2 位作者 冯国瑞 杜佳慧 郝瑞卿 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3700-3712,共13页
中间主应力和卸载作用对岩石剪切破坏特性具有重要影响。基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展不同中间主应力条件下砂岩加载和卸载破坏试验,分析其变形特征和强度特性,通过建立本构关系和剪切变形带角度预测模型,研究2者对剪切变形... 中间主应力和卸载作用对岩石剪切破坏特性具有重要影响。基于多功能真三轴流固耦合试验系统,开展不同中间主应力条件下砂岩加载和卸载破坏试验,分析其变形特征和强度特性,通过建立本构关系和剪切变形带角度预测模型,研究2者对剪切变形带角度的影响规律。试验结果表明:随着中间主应力增加,岩样峰值处偏剪切应力增加,且卸载条件下增幅较小;岩样最大压缩点呈现先增加后趋于稳定的趋势,达到最大压缩点后,加载条件下岩样体积应变由膨胀逐渐变为压缩,而卸载条件下均呈膨胀趋势。随着中间主应力增加,岩样偏剪切应变陡增,卸载条件下陡增提前。在峰值处,卸载条件下应力Lode角和应变Lode角均比加载条件下的大,且2个条件下2类Lode角的差值随中间主应力增加而增大。中间主应力和卸载作用可以通过应力Lode角反映岩石屈服特性,通过应变Lode角反映岩石内部裂隙演化方向。采用等效塑性应变表征内摩擦角和剪胀角,建立由三应力不变量构成的硬化本构关系;引入相关流动法则,构建剪切变形带角度预测模型。对比试验值,发现模型预测效果良好。随着中间主应力增加,变形带角度先减小随后趋于稳定;而卸载作用会减小变形带角度,并受中间主应力影响,角度减小幅度下降。 展开更多
关键词 中间主应力 卸载 强度准则 本构模型 剪切变形带
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基于双剪统一强度准则砂岩真三轴卸荷损伤本构模型研究
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作者 杜佳慧 李文璞 +2 位作者 冯国瑞 王泽 张欢 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1230-1240,共11页
为完善真三轴加卸荷条件下砂岩损伤本构模型及参数确定方法,基于真三轴流固耦合试验系统,开展真三轴不同中间主应力、不同最大主应力加载速率条件下砂岩加卸荷试验,分析不同应力路径下砂岩的变形特征、各阶段渐进破坏特征和强度特性,选... 为完善真三轴加卸荷条件下砂岩损伤本构模型及参数确定方法,基于真三轴流固耦合试验系统,开展真三轴不同中间主应力、不同最大主应力加载速率条件下砂岩加卸荷试验,分析不同应力路径下砂岩的变形特征、各阶段渐进破坏特征和强度特性,选取真三轴加卸荷条件下适用的强度准则,建立可以有效描述砂岩受力破裂过程的损伤本构模型。结果表明:随着中间主应力的增加和加载速率的增加,砂岩试样起裂应力、损伤应力、峰值强度均增加。在两类应力路径下,双剪统一强度准则可以准确的描述砂岩强度特性。通过将双剪统一强度准则转化为合适的屈服函数形式,并考虑试样在不同主应力方向的损伤演化特性,建立真三轴损伤本构模型,对比分析模型参数对应变硬化特性的影响。模型分析结果与实际试验在不同主应力方向应力–应变曲线吻合,拟合结果较为稳定。该模型能准确反映砂岩微元强度受应力状态的影响,较好地反映砂岩不同主应力方向的受力破裂过程,可为实际岩石工程实践提供更好的理论指导作用。 展开更多
关键词 岩石力学 卸荷 渐进破坏 双剪统一强度准则 损伤本构模型
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上行采动影响下遗留群柱动态稳定性研究 被引量:9
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作者 冯国瑞 毋皓田 +5 位作者 白锦文 朱卫兵 李竹 王凯 宋诚 史旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期292-304,316,共14页
揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力... 揭示上行开采对柱式采空区遗留群柱体系稳定性的动态扰动特征是保障蹬空遗煤安全开采的关键科学问题之一。选取元宝湾煤业9^(#)煤层柱式采空区上覆6^(#)蹬空遗煤开采为研究对象,通过数值模拟研究蹬空遗煤上行复采过程中遗留群柱的应力演化规律,评价遗留群柱的动态稳定性;在此基础上,运用结构力学基础理论,建立上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,并揭示上行扰动载荷对遗留群柱稳定性的影响。结果表明:蹬空遗煤推进距离较小时,传递至遗留煤柱的支承压力不足以破坏其整体稳定性,使得应力分布形态保持“马鞍”形;随着蹬空遗煤推进距离增大,传递至遗留煤柱的支承压力与原有集中应力发生叠加,促进关键柱最早发生失稳,并使得其应力分布形态由“马鞍”形演变为“下开口抛物线”形;关键柱发生失稳后,覆岩载荷会发生转移,随着蹬空遗煤持续推进,邻近遗留煤柱在原有集中应力、转移应力和支承压力的叠加影响下,依次经历“增压-卸压”的演变路径,并按从左往右的次序发生失稳破坏;上行扰动影响下“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构可以简化为均布载荷q和移动集中载荷F_(1)叠加影响下的多跨连续梁力学模型;运用“遗留群柱-覆岩”耦合承载结构的力学模型,结合上行扰动载荷与遗留群柱载荷之间的关系,可以发现上行扰动荷载的位置和大小变化均会引起柱式采空区遗留群柱荷载的传递与转移,并影响遗留群柱体系稳定性的动态演变。本研究可为柱式采空区蹬空遗煤开采遗留群柱的失稳防控提供良好的理论支持。 展开更多
关键词 上行采动 遗留群柱 应力分布 塑性区演化 动态稳定性
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真三轴条件下卸载速率对砂岩力学行为和能量演化的影响研究 被引量:1
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作者 王泽 李文璞 +1 位作者 杜佳慧 王涛 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2023年第9期158-163,共6页
通过真三轴流固耦合试验系统对砂岩进行真三轴加卸载试验,研究不同最小主应力方向卸载速率对砂岩试件的力学行为和能量演化特性的影响。试验结果表明:随着卸载速率增加,体积最大压缩量减小,达到最大压缩量所需的最大主应变也减小;卸载... 通过真三轴流固耦合试验系统对砂岩进行真三轴加卸载试验,研究不同最小主应力方向卸载速率对砂岩试件的力学行为和能量演化特性的影响。试验结果表明:随着卸载速率增加,体积最大压缩量减小,达到最大压缩量所需的最大主应变也减小;卸载速率增加使岩样中间主应力系数增加,而静水压力和剪切应力值均减小;随着卸载速率增加,峰值处总能量下降,弹性能呈现出先增加后趋于平稳的趋势,耗散能呈下降趋势。试验开始到最大压缩点之前为阶段Ⅰ,最大压缩点之后到峰值处为阶段Ⅱ。随着卸载速率增加,在阶段Ⅰ中,耗散能转化速率增加程度较低,岩样变形以弹性为主;在阶段Ⅱ,耗散能转化速率增加程度较高,岩样变形以塑性为主。研究结果对控制岩石变形和破坏具有指导意义。 展开更多
关键词 砂岩 真三轴加卸载试验 卸荷速率 应变能 能量演化
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遗留煤柱群链式失稳评价新方法及其在上行开采中的应用 被引量:11
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作者 白锦文 史旭东 +6 位作者 冯国瑞 戚庭野 李竹 朱卫兵 毋皓田 王凯 崔博强 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期643-652,662,共11页
遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失... 遗留煤柱群链式失稳的科学评价是保障柱式采空区长期稳定性的关键科学问题之一。通过将采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”交叉、对比与分析,运用关键柱理论,提出一种评价遗留煤柱群链式失稳的新方法,并确定该方法的技术流程;结合元宝湾煤矿柱式采空区蹬空遗煤的赋存特征,采用上述方法模拟分析上行采动影响过程中遗留煤柱群链式失稳的响应特征,评估上行采动影响下遗留煤柱群链式失稳的风险。结果表明,采矿工程领域中“遗留煤柱群的链式失稳”与土木工程领域中“建筑结构的连续倒塌”具有一定的相似性,借鉴土木工程领域中建筑结构抗连续倒塌设计的方法,提出基于拆除构件法评价遗留煤柱群链式失稳的新方法。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的技术流程为:首先,判别柱式采空区待研究范围内遗留煤柱群体系中的“关键柱”。其次,将遗留煤柱群体系中的关键柱确定为拆除对象,分析关键柱拆除以后邻近剩余遗留煤柱的稳定性;如果拆除关键柱后邻近剩余遗留煤柱群的稳定性均良好,则可以判定遗留煤柱群不存在链式失稳的风险;如果关键柱拆除以后最邻近遗留煤柱发生失稳,则遗留煤柱群存在链式失稳的风险;将该邻近失稳煤柱也拆除,进一步分析剩余煤柱群的整体稳定性。然后,按照同样的方法分析遗留煤柱群体系是否会发生链式失稳,并评价其发生链式失稳的风险。基于拆除构件法的遗留煤柱群链式失稳评价新方法可以应用于蹬空煤层开采中,当上行采动影响下“关键柱”拆除以后,会产生显著的链动失稳效应,使得其右侧的遗留煤柱快速依次发生链式失稳,并影响蹬空遗煤的高效开采;因此,采取柱旁充填等技术措施来减小链式失稳的风险。遗留煤柱群链式失稳评价新方法的研究有助于为柱式采空区邻近煤层安全高效开采提供理论指导,并有望应用于充填群柱链式失稳评估、合理尺寸设计和长期稳定性评价等方面。 展开更多
关键词 拆除构件法 关键柱 遗留煤柱群 链式失稳 上行开采
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