考虑区域地应力特征的裂隙煤岩流固耦合特性实验

通过位移反演方法对区域地应力特征进行理论分析,建立研究煤岩内部裂隙时空演化规律的力学实验系统,设计了区域地应力作用下裂隙煤岩流固耦合计算模型,初步揭示裂隙煤岩流固耦合特性。通过地应力的现场监测,验证了位移反演方法的准确性,垂直地应力与最小水平主应力数值稳定,受开采扰动影响,最大水平主应力出现局部性突增。借助数字化X射线摄影系统,给出了不同载荷下内部裂隙场DR扫描图像,发现随外载增大煤岩内主裂隙持续扩展,且裂隙场形态分别为共轭型与X型。矢量化处理裂隙场信息并导入耦合计算模型,分析不同工况下耦合模型的渗流参数变化情况,初步得出裂隙煤岩流固耦合特性：外载增大将导致煤岩内部微裂隙进一步相互贯通扩展并出...

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Published in煤炭学报 Vol. 43; no. 1; pp. 105 - 117
Main Author 单鹏飞;崔峰;曹建涛;来兴平;孙欢;杨毅然
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西 西安 710054 2018
西安科技大学 能源学院,陕西 西安 710054
Subjects
裂隙煤岩体;地应力反演;流固耦合;计算模型;时空演化特征
geostress inversion
裂隙煤岩体
时空演化特征
计算模型
simulation model
temporal-spatial evolution characteristics
流固耦合
地应力反演
fluid-solid coupling
fractured coal-rock mass
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Summary:通过位移反演方法对区域地应力特征进行理论分析,建立研究煤岩内部裂隙时空演化规律的力学实验系统,设计了区域地应力作用下裂隙煤岩流固耦合计算模型,初步揭示裂隙煤岩流固耦合特性。通过地应力的现场监测,验证了位移反演方法的准确性,垂直地应力与最小水平主应力数值稳定,受开采扰动影响,最大水平主应力出现局部性突增。借助数字化X射线摄影系统,给出了不同载荷下内部裂隙场DR扫描图像,发现随外载增大煤岩内主裂隙持续扩展,且裂隙场形态分别为共轭型与X型。矢量化处理裂隙场信息并导入耦合计算模型,分析不同工况下耦合模型的渗流参数变化情况,初步得出裂隙煤岩流固耦合特性：外载增大将导致煤岩内部微裂隙进一步相互贯通扩展并出现宏观破裂,这是裂隙煤岩孔隙率与渗透率持续性增加的本质原因,且流速最大区域迁移过程可表征裂隙煤岩次生裂隙分布特点,主裂隙内水体流速最大且随注水压力的增大,水体流速不断增加,较大的流速一般发生在具有较大水力梯度的细小裂隙位置处。同时,出口流速特征表现为出口流速分量的最大值均位于煤岩两侧并随着外载的增大而增加。
Bibliography:fractured coal-rock mass ; geostress inversion ; fluid-solid coupling; simulation model ; temporal-spatial evo-lution characteristics
SHAN Pengfei1,2, CUI Feng1,2, CAO Jiantao1,2, LAI Xingping1,2, SUN Huan1,2, YANG Yiran1,2 （ 1. School of Energy, Xi＇ an University of Science and Technology,Xi＇ an 710054, China ; 2. Key Laboratory of Western Mines and Hazard Prevention of Min- istry of Education,Xi ＇ an University of Science and Technology ,Xi＇ an 710054,China）
A displacement back method was used to analyze regional geostress characteristics in this research.A new mechanical experimental system was adopted to provide a mechanism on spatio-temporal evolution of internal crack in both coal-rock masses.A simulation model on the fluid-solid coupling of fractured coal-rock mass was built up for uncovering the fluid-solid coupling characteristics with considering the regional geostress characteristics.The authors also offered in-situ geostress monitoring to verify the accuracy of the displacement back method.The value
ISSN:0253-9993
DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2017.1083