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受载煤体水力压裂复电参数实验研究

能源与环保 2023年第5期45卷 26-31页

作者：陈鑫源李鹏雷东记王平贾子强河南省煤炭科学研究院有限公司河南郑州450001 国家能源集团新疆能源有限责任公司乌东煤矿新疆乌鲁木齐830000 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454000 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为研究单轴受载煤体压裂后煤体复电阻参数变化关系,在实验室搭建受载煤体的水力压裂变频复电阻率测试平台进行实验,对受载煤体进行压裂前后复电性测试。运用电介质极化理论和激发极化理论,分析煤的水力压裂复电阻率频散机理。结果表明,... 详细信息

为研究单轴受载煤体压裂后煤体复电阻参数变化关系,在实验室搭建受载煤体的水力压裂变频复电阻率测试平台进行实验,对受载煤体进行压裂前后复电性测试。运用电介质极化理论和激发极化理论,分析煤的水力压裂复电阻率频散机理。结果表明,压裂前煤体复电阻率实部、虚部均随频率变化而变化;复电阻实部整体呈现“三段式”趋势,虚部呈“U”型,趋势略有不同;煤体电容随着频率的增大而减小。压裂后复电阻率虚部呈现“阶梯状”,实部呈现“持续下降”的趋势,不论压裂前还是压裂后,煤体电容都随着频率的增大而减小;压裂后的煤体在含水状态下其虚部呈现“单边上升”,其物理机制是空间电荷积聚效应产生的。

关键词：受载煤体水力压裂复电阻率电容

CT可视化的受载煤体三维裂隙结构动态演化试验研究

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煤炭学报 2019年第S02期44卷 574-584页

作者：王登科张平魏建平吴岩曾凡超河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

为研究受载煤体中裂缝动态发展演化规律及其形态变化特征,以受载煤岩工业CT扫描系统为实验平台,开展单轴、三轴应力加载条件下煤样变形破坏全过程的工业显微CT扫描试验,得到能反映受载煤样失稳破坏全过程的三维裂隙结构CT扫描信息和应力... 详细信息

为研究受载煤体中裂缝动态发展演化规律及其形态变化特征,以受载煤岩工业CT扫描系统为实验平台,开展单轴、三轴应力加载条件下煤样变形破坏全过程的工业显微CT扫描试验,得到能反映受载煤样失稳破坏全过程的三维裂隙结构CT扫描信息和应力-应变曲线等测试结果,运用VG Studio MAX图像分析软件,对CT扫描数据重建体模型得到的可视数字煤芯进行精准的裂缝提取和裂隙形态的数字化定性定量表征,对比分析了单轴、三轴受载条件下煤体裂隙发育形态的动态变化。研究结果表明:工业CT扫描是研究受载煤岩内部裂纹发育演化过程的有效手段,裂隙体积和裂隙率随应力的变化关系是受载煤样裂隙动态演化过程的直观体现,在煤样受载过程中呈现出缓慢降低-缓慢增加-急剧增加-增速放缓的发展规律;煤体在受载条件下内部裂隙演化经历了初始压密、弹性变形、新裂隙渐增、新生裂隙速增、裂隙扩展贯通和残余变形6个阶段,破坏形式为剪切破坏;煤样在三轴加载和单轴加载下的屈服强度和裂隙演化过程以及破坏后的裂隙形态均有显著差异,说明围压是影响受载煤体失稳破坏过程的重要因素;工业CT扫描图像显示,裂纹发育扩展随应力荷载的增加优先沿着矿物与煤基质的接触面开始起裂。研究结果可为煤炭合理安全高效开采及井下支护提供借鉴。

关键词：显微工业CT 裂隙演化图像处理受载煤体力学特性

煤体受载损伤过程能量演化规律与破坏特征试验

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西安科技大学学报 2023年第1期43卷 65-72页

作者：刘应科龙昭熹邓淇蒋名军问小江王凤超王海涛钮月中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学低碳能源与动力工程学院江苏徐州221116 中国平煤神马控股集团有限公司平煤六矿河南平顶山467000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为研究煤体动力灾害孕育发展过程的破坏特征及其前兆信息,通过单轴压缩试验,分析了煤体受载破坏过程中的能量演化规律,对煤体失稳破坏的前兆特征进行了判识。结果表明:煤体受载破坏过程呈显著的非线性演化特征,能够判识煤体失稳破坏的... 详细信息

为研究煤体动力灾害孕育发展过程的破坏特征及其前兆信息,通过单轴压缩试验,分析了煤体受载破坏过程中的能量演化规律,对煤体失稳破坏的前兆特征进行了判识。结果表明:煤体受载破坏过程呈显著的非线性演化特征,能够判识煤体失稳破坏的临界点、失稳点与破坏点信息;煤体受载损伤不同阶段能量演化特征差异显著,进入弹性阶段后,输入能快速增加,弹性能占比呈升高趋势,耗散能变化较大,煤体失稳破坏时耗弹比呈“阶跃”式突变特征,其值从30迅速增至90;定义并计算了能量耗散率与能量释放率,该指标在煤体破坏的临界点、失稳点与破坏点同样出现了异常响应特征,破坏点处最为显著,Gd/Ge的值由20突增至100以上。受载煤体失稳破坏本质上是外界能量输入与驱动的结果,煤体能量指标能够更好地揭示试样损伤破坏过程的非线性演化特征,精细地捕捉煤体失稳破坏的前兆信息。

关键词：受载煤体单轴压缩能量耗散失稳破坏前兆特征

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不同功率微波预处理煤样增透效果及能量变化研究

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矿业科学学报 2024年第1期9卷 66-76页

作者：齐消寒王品侯双荣刘阳朱同光辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125105 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁葫芦岛125105

为探究不同功率微波下受载煤体渗透率及破坏变形能量演化特征,采用高压三维可视力学实验设备,开展不同功率微波预处理后煤样的三轴压缩渗流实验。结果表明:不同功率微波处理后煤样弹性模量呈现先降后升趋势,峰值应力与泊松比均呈现下降... 详细信息

为探究不同功率微波下受载煤体渗透率及破坏变形能量演化特征,采用高压三维可视力学实验设备,开展不同功率微波预处理后煤样的三轴压缩渗流实验。结果表明:不同功率微波处理后煤样弹性模量呈现先降后升趋势,峰值应力与泊松比均呈现下降趋势;随微波功率增加,煤样更容易被压密,径向及体应力-应变曲线整体应变值变大,扩容膨胀现象更加显著;煤样渗透率随功率增加呈现上升趋势,符合对数函数关系;不同预处理煤样峰值应力处的总能量U与弹性能Ue总体呈下降趋势,煤样在弹性阶段积聚弹性能Ue的能力减弱;相同照射时间下相比200 W和600 W微波预处理,400 W微波预处理时各能量变化量明显变大,煤样耗散能Ud占总能量U比值最小,为24%。研究成果可为微波致裂煤层促进瓦斯抽采研究提供参考。

关键词：微波功率受载煤体渗透性能量

单轴压缩条件下煤体的宏-微观损伤破坏特征研究

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采矿与安全工程学报 2023年

作者：张琪李祥春 LIBiao 聂百胜张良刘艺周昌勇杨刚中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院重庆大学资源与安全学院北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室 Department of Building Civil and Environmental Engineering Concordia University

煤体的宏观损伤破坏行为本质上是由其微观组分和微缺陷结构的力学行为所决定的。本研究通过进行单轴压缩实验和颗粒流数值计算，对煤体的宏观-微观损伤破坏特征进行了分析。同时，基于Weibull概率分布函数建立了描述煤体宏微观损伤的本... 详细信息

煤体的宏观损伤破坏行为本质上是由其微观组分和微缺陷结构的力学行为所决定的。本研究通过进行单轴压缩实验和颗粒流数值计算，对煤体的宏观-微观损伤破坏特征进行了分析。同时，基于Weibull概率分布函数建立了描述煤体宏微观损伤的本构方程。研究结果表明，在单轴压缩过程中，受加载煤体内部微裂隙结构单元的起裂、扩展和演化形成了AE信号的偶发、发展和高峰阶段。在煤体进入屈服阶段后，内部损伤速率加快，导致AE累计事件方差和自相关系数的增加，这些指标可以预测未来加载过程中煤体的损伤破坏进程。研究结果还显示外部载荷的作用导致内部微裂隙结构单元不断扩展和演化，并表现出明显的宏观损伤破坏特征。此外，通过类比煤与瓦斯突出过程，提出了受载煤体的准备、激发、发展和停止阶段损伤破坏过程。

关键词：单轴压缩受载煤体宏微观尺度损伤破坏数值模拟

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三轴加载煤体变形特性与孔隙率变化研究

山西焦煤科技 2022年第1期46卷 19-24页

作者：梁雁侠王岳李云龙程刚李金刚晋能控股煤业集团麻家梁煤业公司山西朔州036022

受载煤体的力学特性时刻发生变化,会导致煤体的孔隙率发生变化。为研究煤体孔隙率与煤体力学特性之间的变化关系,通过室内三轴加载试验,利用应力-应变计算出不同时刻受载煤体孔隙率,分析煤体孔隙率与不同受力状态的关系,得出相同围压下... 详细信息

受载煤体的力学特性时刻发生变化,会导致煤体的孔隙率发生变化。为研究煤体孔隙率与煤体力学特性之间的变化关系,通过室内三轴加载试验,利用应力-应变计算出不同时刻受载煤体孔隙率,分析煤体孔隙率与不同受力状态的关系,得出相同围压下孔隙率与轴压呈现良好的负相关关系。通过计算不同受载煤体孔隙率变化量,可反映煤体经历不同力学受力状态。同时,煤体孔隙率变化影响煤体衰减系数,利用首波幅值计算衰减系数,发现衰减系数与轴压呈现正相关关系,且孔隙率变化量与衰减系数变化量变化一致,验证了不同受载孔隙率变化量分析煤体力学受力状况可行性,使分析更具有说服性。

关键词：受载煤体应力-应变孔隙率首波幅值衰减系数

电脉冲致裂受载煤岩结构损伤及增渗效果试验研究

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电脉冲致裂受载煤岩结构损伤及增渗效果试验研究

作者：周婧重庆大学

学位级别：硕士

我国煤层气资源储量巨大,但多数储层都属于低渗透性煤层,开采难度较大。为了提高煤层气开采效率,目前可行途径便是探索新的煤层增透技术。电脉冲致裂增透技术具有瞬时能量大、破坏能力强且可控可重复,以及无生物化学类污染等特点,有很... 详细信息

我国煤层气资源储量巨大,但多数储层都属于低渗透性煤层,开采难度较大。为了提高煤层气开采效率,目前可行途径便是探索新的煤层增透技术。电脉冲致裂增透技术具有瞬时能量大、破坏能力强且可控可重复,以及无生物化学类污染等特点,有很好的应用前景。因此,本文选用贵州安顺煤样,利用煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室自主研发的电脉冲致裂受载煤岩增渗试验系统,开展了不同条件下的电脉冲致裂煤体试验,对电脉冲致裂前后煤体的微观结构演化特征、电脉冲致裂受载与非受载煤体的致裂过程中产生的电压电流波形,以及电脉冲致裂效果和增渗效果进行了研究,探究了应力条件对所需击穿电压大小的影响规律,探讨了电脉冲致裂煤岩的增渗机理,取得的主要研究结论如下:(1)电脉冲致裂受载与非受载条件下煤岩过程可分为三个阶段,分别是预击穿阶段、电击穿阶段以及击穿完成阶段。在非受载条件下,随着预设电压的增加,击穿时长减小,其中预击穿阶段用时缩减最为明显,同时,电流峰值也呈现上升趋势,电压与电流的波形振荡次数与实际释放能量相关。而在受载条件下,电脉冲致裂煤体的击穿时长明显增加,其中预击穿阶段时长增长显著,并且电流峰值明显增加。(2)不同应力加载条件对电脉冲致裂煤体的最小击穿电压有一定影响,随着加载应力的提高,煤体内部孔隙被压缩,抑制了等离子体在煤体内部的发育,使得等离子体通道的形成更加困难,击穿煤体所需的能量逐渐增加。(3)根据X射线衍射和傅里叶红外光谱测试分析可得,电脉冲对煤体微晶结构和官能团有一定影响作用,电脉冲作用后煤体相较于原煤芳香层面层间距有一定增加,而层面堆砌高度和层面直径呈现降低趋势,即煤体在电脉冲作用后其微晶结构更加松散破碎;电脉冲作用后煤体内羟基含量略高于原煤中的羟基含量,但随着击穿电压的增加,羟基含量逐渐降低,羟基含量的减少有利于瓦斯气体的快速解吸。甲烷吸附试验结果显示,煤样的吸附常数a值在经过电脉冲处理后有一定的降低,吸附常数b值随着击穿电压的增加呈现波动变化。(4)结合电镜扫描和低场核磁共振分析,发现电脉冲能够有效改善煤体内部的孔裂隙结构,经电脉冲作用后煤体内微孔、中孔以及大孔的孔隙度均有明显的提高,各类孔半径都有增加趋势,且随着击穿电压的增加,煤体表面破碎效果更加显著,从CT扫描结果分析可知,电脉冲对受载煤体产生的破坏是以一条宏观的贯穿裂隙为主,随后向四周延伸出大量微小裂纹,这些新生裂隙有效提高了煤体的渗透性。(5)通过电脉冲致裂受载煤岩增渗试验发现,在应力环境与进气压力相同的条件下,电脉冲致裂后煤体渗透率有明显提高。在进气压力恒定的条件下,随着围压增加,原煤渗透率逐渐减小,而电脉冲致裂后煤体的渗透率出现先增加后逐渐减小的趋势。最后初步探讨了电脉冲致裂煤体机理、电脉冲致裂煤体损伤破坏机理,分析了电脉冲应力波的传播与衰减规律和电脉冲致裂煤体的增渗原理。

关键词：受载煤体高压电脉冲孔裂隙结构致裂增渗

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基于电荷监测技术预测矿山动力灾害试验研究

中国安全科学学报 2012年第8期22卷 98-103页

作者：罗浩潘一山赵扬锋肖晓春李国臻辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为提高矿山动力灾害预测准确率,应用自主研制的电荷传感器,将标准煤样置于三轴压力室内进行应力-电荷试验。分析围压对煤样压缩破坏过程中电荷信号的影响。结合现场测试,揭示工作面开挖过程中煤体应力与煤壁表面感应电荷的时间和空间变... 详细信息

为提高矿山动力灾害预测准确率,应用自主研制的电荷传感器,将标准煤样置于三轴压力室内进行应力-电荷试验。分析围压对煤样压缩破坏过程中电荷信号的影响。结合现场测试,揭示工作面开挖过程中煤体应力与煤壁表面感应电荷的时间和空间变化规律。试验结果表明,煤体压缩过程中电荷信号的变化与煤体所处的应力水平关系密切,处于应力集中区域和应力松弛区域的煤体有明显脉冲状电荷信号,原始应力区电荷信号平稳,电荷信号的变化超前于煤体应力的变化,围压对电荷信号有延缓、强化的作用。

关键词：受载煤体应力水平围压感应电荷矿山动力灾害