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岩土工程学报 2025年第2期47卷 275-283页

作者：刘雪莹俞缙周先齐姚玮任崇鸿蔡燕燕华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心福建厦门361021 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 厦门理工学院土木工程与建筑学院福建厦门361024

地下工程服役期较长,富水环境下围岩蠕变变形加剧,三向应力下围岩渗透性各向异性特征凸显,为了描述围岩蠕变过程中渗透率各向异性特征,将岩石简化为立方体模型,结合蠕变曲线特征分阶段建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。黏弹性阶段... 详细信息

地下工程服役期较长,富水环境下围岩蠕变变形加剧,三向应力下围岩渗透性各向异性特征凸显,为了描述围岩蠕变过程中渗透率各向异性特征,将岩石简化为立方体模型,结合蠕变曲线特征分阶段建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。黏弹性阶段定义裂隙与岩石的黏滞系数比、引入侧向影响系数表示侧向应力对裂隙开度影响,黏塑性阶段引入表示裂隙对渗流通道影响的修正系数,结合岩石各向异性蠕变损伤模型、立方定律、含裂隙岩石渗透率方程,建立岩石正交各向异性蠕变-渗透率模型。利用真三轴条件下岩石蠕变-渗流试验结果对各向异性蠕变-渗透率模型进行验证,模拟了不同条件下渗透率演化。结果表明:与传统Kozeny-Carman(K-C)模型及已有各向异性蠕变-渗透率模型相比,提出的正交各向异性蠕变-渗透率模型精度更高,可以描述黏弹性阶段渗透率因岩石孔裂隙逐渐被压密而逐渐降低、加速蠕变阶段渗透率在裂隙逐渐汇聚影响下突增的变化趋势。对正交各向异性蠕变-渗透率模型的关键参数进行了敏感性分析,随着裂隙与岩石的黏滞系数比增加,渗透率衰减越快,渗透率稳定值越低,随着侧向影响系数越高渗透率初始衰减速率越高,渗透率稳定值越低;黏塑性阶段修正系数越高,加速蠕变阶段渗透率开始大幅增加。

关键词：蠕变-渗流蠕变损伤模型渗透率模型正交各向异性

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基于sigmoid函数的采空区渗透率模型及瓦斯流场模拟应用

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采矿与安全工程学报 2017年第6期34卷 1232-1239页

作者：王伟程远平刘洪永方志明李小春赵嵘中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 华北科技学院安全工程学院河北廊坊065201

为研究综放工作面的高抽巷对采空区瓦斯流动的控制作用,基于sigmoid函数建立了采空区三维非均质渗透率模型,模型参数能够反映采空区分区、分带特性。以塔山煤矿特厚煤层厚硬顶板条件下的综放工作面为工程背景,由于缺乏"三带"... 详细信息

为研究综放工作面的高抽巷对采空区瓦斯流动的控制作用,基于sigmoid函数建立了采空区三维非均质渗透率模型,模型参数能够反映采空区分区、分带特性。以塔山煤矿特厚煤层厚硬顶板条件下的综放工作面为工程背景,由于缺乏"三带"高度经验公式,离散元程序被用于研究其采空区分区、分带特性。通过模型对比和现场监测,分析了采空区渗透率模型的准确性,并结合CFD模拟研究了高抽巷对采空区内流态和瓦斯浓度分布的影响。结果表明,厚硬顶板综放开采条件下运用离散元模拟比综采经验公式得到的"三带"结果更为准确;建立的渗透率模型准确可靠,能真实反映采动覆岩的形态特征;高抽巷导流能消除隅角瓦斯超限危险。

关键词：采空区渗透率模型 CFD模拟离散元

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考虑蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型研究

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岩土工程学报 2020年第8期42卷 1516-1524页

作者：张雷周宏伟王向宇荣腾龙王路军车俊王雷中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102211

为了考虑深部煤体的蠕变效应对煤体渗透率的影响,结合考虑体积蠕变的深部煤体非线性蠕变三维本构方程、Kozeny-Carman方程、含裂隙煤体渗透率计算方程建立了基于蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型。利用含瓦斯煤蠕变–渗流试验数据对... 详细信息

为了考虑深部煤体的蠕变效应对煤体渗透率的影响,结合考虑体积蠕变的深部煤体非线性蠕变三维本构方程、Kozeny-Carman方程、含裂隙煤体渗透率计算方程建立了基于蠕变影响的深部煤体分数阶渗透率模型。利用含瓦斯煤蠕变–渗流试验数据对渗透率模型进行参数拟合,确定了模型的物性参数,并对不同试验条件下的渗透率演化过程进行了模拟分析。结果表明:在弹性及黏弹性蠕变阶段,渗透率模型数值逐渐减小,符合煤体在低应力阶段蠕变过程中初始孔隙被逐渐压密渗透率减小的物理过程;在黏塑性蠕变阶段,渗透率模型能够表征加速蠕变阶段即渗透率突增阶段的演化趋势。此外,对分数阶渗透率模型中的关键参数进行了敏感性分析,发现随着煤体性质参数α0数值的升高,加速蠕变阶段即渗透率突增阶段越容易出现。分数阶导数阶次越高,弹性及黏弹性蠕变阶段渗透率下降速率越快,黏塑性蠕变阶段渗透率突增趋势越缓慢。

关键词：深部煤体体积蠕变分数阶渗透率模型

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煤层注水渗透率模型及水力耦合影响因素数值模拟研究

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采矿与安全工程学报 2021年第6期38卷 1250-1258页

作者：刘震王文迪许文彪杨赫董博文山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿安徽宿州234113

为有效防治矿山动力灾害,优选煤层注水技术合理参数,以东于煤矿03303工作面为实验背景,基于多孔介质渗流理论,通过高压水侵渗流实验系统获取不同覆压条件下渗透率演化拟合曲线。结合流固耦合渗流模型、渗透率拟合曲线和比奥模量等多种参... 详细信息

为有效防治矿山动力灾害,优选煤层注水技术合理参数,以东于煤矿03303工作面为实验背景,基于多孔介质渗流理论,通过高压水侵渗流实验系统获取不同覆压条件下渗透率演化拟合曲线。结合流固耦合渗流模型、渗透率拟合曲线和比奥模量等多种参数,构建动态渗透率计算模型,对煤层注水卸压增透过程及其影响因素进行数值模拟,根据模拟结果优选注水工艺参数开展现场实验,对比分析数值模拟结果和现场实测数据。研究结果表明:煤层注水可有效卸载地应力,提高低渗煤层渗透性,随着注水时间的增加,增透区域以注水钻孔为中心向径向方向均匀扩展,注水钻孔间会产生水力复合影响区域,降低注水增透效果,注水压力、钻孔孔径和钻孔间距均不同程度影响水力耦合区域;在相同注水时间下,选用0.2 m孔径及5 m钻孔间距,在8 MPa水压下煤层注水卸压增透效果较好。

关键词：煤层注水渗透率模型注水影响因素数值模拟

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三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模型研究

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岩石力学与工程学报 2021年第8期40卷 1536-1546页

作者：白鑫王登科田富超张东明李豪君任发科南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001 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 煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳113122 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 太原理工大学安全工程技术与装备研究院山西太原030024

为研究低渗煤岩在应力加卸载作用下损伤破坏过程渗透性变化规律,基于“立方体”结构模型,综合考虑三轴应力加卸载煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理与基质变形,建立三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模型,并基于试验... 详细信息

为研究低渗煤岩在应力加卸载作用下损伤破坏过程渗透性变化规律,基于“立方体”结构模型,综合考虑三轴应力加卸载煤岩损伤、有效应力及吸附/解吸作用引起的煤岩割理与基质变形,建立三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率模型,并基于试验结果对渗透率模型进行验证。研究结果表明:(1)所构建的渗透率模型,不仅可以较好地反映三轴应力加卸载作用下损伤煤岩渗透率变化规律,而且也可以反映有效应力对损伤煤岩渗透率的影响远大于吸附解吸作用的规律。(2)当煤岩应力水平低于峰值强度时,在恒定围压、持续加轴压应力作用下煤体处于压缩状态,瓦斯渗透率降低;在卸围压、持续加轴压应力作用下,煤体内部开始产生损伤破坏,瓦斯渗透率缓慢上升;使得煤岩在加卸载失稳破坏前,瓦斯渗透率整体呈“V”字型发展趋势。(3)不同初始围压条件下,煤岩加卸载破坏失稳后渗透率增大程度随着初始围压的增大而增大;不同瓦斯压力条件下,煤岩的初始渗透率随着瓦斯压力的增大而增大。研究结果可以为我国采煤工作面瓦斯高效抽采提供理论支撑,具有指导性意义。

关键词：采矿工程煤岩体渗透率模型应力加卸载损伤破坏裂隙变形

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长庆低渗透层状气藏渗透率模型的建立方法

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天然气工业 2002年第6期22卷 77-79页

作者：王东旭王彩丽韩兴刚苟宏刚中国石油长庆油田公司勘探开发研究院

长庆碳酸盐岩气藏马五1亚段主力气层以裂缝—溶孔型为主 ,气藏的储渗性能来自于裂缝系统和基质系统。常规的测井解释结果无法对裂缝渗透率作出比较可信的确定 ,岩心分析渗透率具有很强的偶然性和随机性 ,试井渗透率值没有考虑各有效气... 详细信息

长庆碳酸盐岩气藏马五1亚段主力气层以裂缝—溶孔型为主 ,气藏的储渗性能来自于裂缝系统和基质系统。常规的测井解释结果无法对裂缝渗透率作出比较可信的确定 ,岩心分析渗透率具有很强的偶然性和随机性 ,试井渗透率值没有考虑各有效气层段的实际产能贡献程度 ,计算的合层渗透率值掩盖了主力产层的相对高渗。文章通过对实际分层测试资料的分析研究 ,认为小层产气贡献大小受有效厚度、孔隙度、电测基质渗透率、含气饱和度、泥质含量等多种因素交互影响共同作用 ,采用多种统计方法拟合、回归 ,建立了气井小层产气贡献比例的预测模型。生产实践证明试井确定的地层系数比较真实 ,所建立的渗透率模型强调了主力产层的相对高渗 ,并体现出了某一区域渗透率分布的规律性 ,具有较强的可操作性。气井生产历史拟合证实该方法确定的渗透率及建立的渗透率模型比较客观地反映了地层的实际渗透性 ,对评价气田动态指标产生了积极的影响。

关键词：长庆低渗透层状气藏渗透率模型建模方法裂缝-溶孔型

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卸荷煤体分数阶渗透率模型参数探讨及其在渗流模拟中的应用

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煤炭学报 2022年第6期47卷 2386-2395页

作者：赵家巍周宏伟刘泽霖谢森林赵文慧钟江城史艳楠王毅颖中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 临沂大学土木工程与建筑学院山东临沂276000 河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038

采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高,经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的变化规律。借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数... 详细信息

采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高,经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的变化规律。借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数阶导数,通过已有试验和理论分析,基于现有应力-渗透率模型提出的适应于采动卸荷煤体的双参数分数阶渗透率模型,当阶数γ=0时,分数阶渗透率模型退化为经典的S-D模型,表明S-D模型是分数阶渗透率模型的一种特殊情形,当阶数γ=1时,分数阶渗透率模型表现为S-D模型的幂函数形式,展现峰后渗透率的强非线性变化特征,从而将经典S-D渗透率模型的适用范围拓展至峰后阶段。然而,双参数分数阶渗透率模型参数的物理意义不尽明确,为此,根据改进的Mazars损伤准则,获得了煤体卸荷过程中损伤变量的演化规律,借此探讨了所建渗透率模型中2个参数的关系,得到了只含损伤变量D的单参数分数阶渗透率模型,将模型中的静态参数修正为动态参数,符合损伤扩容过程中煤体割理压缩系数不断变化的事实,弥补了现有应力-渗透率模型中所引入的静态参数与损伤变量不关联的缺陷,使其物理意义更加清晰。将分数阶渗透率模型应用于充填采动煤体瓦斯渗流规律数值模拟,获得了充填采动煤体瓦斯渗流规律,提高充填体弹性地基系数,加剧了本层煤的瓦斯突出风险而减小了下层煤向本层煤涌入的采煤工作面瓦斯体积分数。因此,实施充填开采以后,存在利害两面性,特别是对于瓦斯突出矿井,充填前需加强瓦斯突出风险的评估工作。

关键词：卸荷煤体分数阶导数损伤演化渗透率模型充填开采

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瓦斯压力和应力对裂隙影响下的渗透率模型研究

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煤炭科学技术 2021年第2期49卷 115-121页

作者：蒋长宝余塘段敏克殷文明重庆大学资源与安全学院重庆400030 贵州盘江精煤股份有限公司火烧铺矿贵州盘州553539 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 云南省煤炭产业集团有限公司云南昆明650032

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了... 详细信息

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率理论模型,并结合前人的试验数据,对建立的基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率模型进行了对比验证。研究结果表明:①将煤体的结构单元体简化为立方体模型,分别分析了瓦斯压力引起的裂隙变形与煤体基质吸附变形引起的裂隙变形对煤体渗透率的影响;基于煤岩裂隙宽度与渗透率的关系,推导了瓦斯压力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。②侧向应力对裂隙变形的影响与煤体吸附所引起的内膨胀变形相似,均通过改变煤体骨架向裂隙内部膨胀来影响煤体裂隙的变形;通过试验数据验证了侧向应力和法向应力对煤体渗透率的影响机理相同,构建了三向应力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。③结合前人的试验数据,进行了全局优化非线性拟合,与基于有效应力的模型相比,所构建的模型与试验数据吻合度较好,验证了所建立模型的可靠性,并发现裂隙对法向应力的敏感性远大于侧向应力。

关键词：煤岩瓦斯三向应力裂隙渗透率模型

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采动应力下煤体渗透率模型构建及研究进展

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煤炭学报 2019年第1期44卷 221-235页

作者：周宏伟荣腾龙牟瑞勇王路军任伟光中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介,其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题,并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析。关键问题包括以下3个方面:采动... 详细信息

首先对煤体渗透率的经典模型进行了简介,其次结合采动过程中煤体内的力学变化机制及渗透率的控制因素提出了采动应力下煤体渗透率模型构建过程中的关键问题,并就每个关键问题的研究进展进行了总结和分析。关键问题包括以下3个方面:采动煤体各向异性特征、采动煤体损伤破裂特征和煤体吸附解吸特征的表征方法。其中,各向异性特征的煤体渗透率模型可划分为有效应力变化和几何参数变化进行表征的两类,有效应力变化角度的建模结果基本为指数型函数、几何参数变化角度的建模结果多为3次方的幂函数;损伤破裂特征的煤体渗透率模型被归纳为本构方程中含损伤变量和渗透率表达式中含损伤变量的2类,本构方程中含损伤变量的模型具有更广的适用范围,渗透率表达式中含损伤变量的模型能够更加直观的表示渗透率和影响因素之间的数量关系;在煤体吸附解吸特征的表征方法中对基于吸附热力学而建立的煤体吸附应变表达式进行了总结,同时指出在煤体渗透率模型构建中Langmuir方程形式的吸附应变表达式应用最为广泛。然后,对采动应力下煤体渗透率模型的研究进展进行了介绍,将采动应力下煤体渗透率模型归纳为有效应力型、几何参数型和系数拟合型的3类,依次对3类模型中代表性成果的表达式及应用情况进行了概述。最后,从每个关键问题的角度对后续构建采动应力下煤体渗透率模型的研究进行了展望。

关键词：渗透率模型采动应力各向异性损伤破裂吸附解吸

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沿抽采井筒的煤储层渗透率模型研究

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煤田地质与勘探 2022年第10期50卷 26-34页

作者：贾荔丹张林李波波吴学海高政王忠晖付佳乐贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 贵州大学喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室贵州贵阳550025 贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025

渗透率是表征瓦斯流动的重要参数,为保证煤矿瓦斯安全高效抽采,有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而,瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化,甚至出现抽采损伤,使得... 详细信息

渗透率是表征瓦斯流动的重要参数,为保证煤矿瓦斯安全高效抽采,有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而,瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化,甚至出现抽采损伤,使得煤层瓦斯运移行为异常复杂。为探究抽采过程的煤层瓦斯渗流特性,在圆柱坐标系下,考虑压力场与温度场变化对煤储层渗透率的影响,构建温度影响的孔隙压力时空演化函数,据此建立应力与温度作用下的煤储层渗透率模型。结果表明:建立的模型能合理描述沿抽采井筒孔隙压力的演化规律以及瓦斯的运移特性,即在恒定外应力的条件下,随抽采时间增加,不同位置处孔隙压力先降低后变化平缓,煤储层渗透率先降低后升高;此外,同一煤储层位置处,考虑温度比不考虑温度的渗透率计算值更低;通过讨论发现,随抽采时间增加,根据裂隙压缩与基质收缩对渗透率演化的不同效应,设置合理的负压抽采方式可提高瓦斯抽采量。

关键词：渗透率模型瓦斯抽采温度应力抽采时间

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