水力压裂时煤层缝裂的扩展分析

近年来,水力压裂技术逐渐被应用到煤层气井的压裂施工中.为了深入研究水力压裂时裂缝在煤层中的扩展情况,本文从理论上分析了裂缝壁面的受力状态,根据最大拉应力准则,给出了原级裂隙扩展的力学条件,进而分析了空间壁面裂隙扩展的力学条件.在此基础上,利用RF-PA'2D-Flow有限元数值软件模拟了高压水作用下煤层裂缝的扩展延伸过程.结果表明:当水压达到理论临界值时,模型中裂缝便向前扩展;当模型中的裂缝转向延伸时,缝端压力完全满足理论分析的空间壁面裂隙延伸条件;通过对裂缝的扩展模拟,再现了裂缝延伸、转向等过程;此法可有效地预测裂缝的长度,为现场煤层压裂提供参考.     

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。     

考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型研究

为了揭示流固耦合作用下的煤矿底板陷落柱突水机理,基于破碎岩体渗流理论、固液两相流、地下水动力学等理论,建立了考虑颗粒迁移的陷落柱流固耦合动力学模型.采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合的方法对颗粒迁移作用下陷落柱的渗透特性进行了研究,得到了陷落柱孔隙率、渗流速度、孔隙水压力、流体中颗粒体积分数、涌水量等参数随时间变化规律.结果表明:随着时间增加,陷落柱充填颗粒在流固耦合作用下不断被侵蚀成悬浮颗粒并迁移流失,流体中颗粒体积浓度剧增后骤减;陷落柱的整体渗透性起初增加较慢,随着颗粒的不断迁移流失,孔隙率、渗流速度、涌水量快速增大后趋于稳定.     

液压支架四连杆系统的受力分析

本文在文献（１）的基础上，以ＰＹ４００型综放支架为例，对支架四连杆系统的受力特点，几何特征及其相互影响作了全面的分析，结果表明，支架前后连杆受力与支架的几何特征密切相关；连杆受力随采高Ｈ的变化曲线与铰点Ｏ的双曲线形状具有极为相似的性质，这些对综放支架四连杆系统的改进或设计具有参考价值。     

含软弱夹层巷道受爆炸荷载作用效应分析

应用结构数值分析软件ANSYS模拟出爆炸应力波作用下含软弱夹层巷道结构一些测点的垂直方向应力和位移的时间历程,并和未含软弱夹层巷道结构的相应情况进行比较,分析含软弱夹层巷道结构受爆炸应力波作用效应的力学特性。得出了软弱夹层对爆炸应力波衰减作用明显和结构的某些部位需要加固等结论。     

湿度场对膨胀岩巷道围岩变形影响规律的研究

根据湿度应力场理论与温度应力场理论控制微分方程存在的类比关系,通过参数转换,将求解湿度应力场问题转化为求解温度应力场．并利用ANSYS大型有限元软件系统中的温度应力场分析功能,对不同含水率情况下,膨胀岩巷道遇水和地应力耦合作用问题进行了数值模拟．研究结果表明：随着膨胀岩含水率θ的增加,巷道顶板最大下沉量（Uy）max,底板底鼓变形量（uf）max,两帮移近量（ux）max均有明显的增加,其中底鼓变形最为剧烈;巷道围岩的应力随着含水率θ的增加而减少．但这并不表示巷道的稳定性得到改善,其原因是遇水作用后巷道围岩岩性软化、强度降低．研究结果可为巷道的支护设计提供了理论依据．     

软岩巷道的弹-黏塑性分析

软岩巷道围岩体具有明显的大变形、大地压、长时间持续流变的特性,这使得软岩巷道尤其是衬砌支护之后巷道的大变形研究及控制机理成为复杂的力学问题．本文利用围岩与支护的接触条件,运用弹-黏塑性理论研究了软岩巷道问题,并探讨了巷道位移、支护阻力与黏性系数和时间的关系．研究结果显示：黏性系数越小,时间对于软岩巷道变形影响越大;增大围岩的黏性系数将会减小巷道的变形．     

采动覆岩中关键层的复合效应分析

研究关键层的复合效应对深入揭示关键层在采动覆岩中的控制机理具有重要推动作用。本文进一步明确了关键层复合效应的概念 ,系统分析了关键层复合效应对关键层破断、采场来压、岩层移动、采动裂隙分布以及地表沉陷的影响。     

基于尖点突变模型的巷道围岩屈曲失稳规律研究

依据深部巷道围岩的稳定性特征,探讨了巷道围岩层裂板结构的形成机理,并建立了层裂板结构稳定性的力学模型。应用结构非线性稳定性的尖点突变模型,分析了巷道围岩层裂板结构失稳的力学机制,给出了2种条件下巷帮层裂板结构失稳的充要条件。研究表明:尖点突变模型能有效地预测片帮型煤矿巷道的冲击矿压危险性;通过加固巷帮及巷道顶底角围岩,提高巷帮围岩的结构刚度,增强巷帮围岩的抗屈曲失稳能力,可有效防治片帮型煤矿巷道的冲击矿压事故。     

软岩层厚度对关键层上载荷与支承压力的影响

本文简单介绍了岩层控制中关键层理论的基本概念，并运用有限元法详细分析了软岩层厚度对关键层上部的载荷及下部的支承压力分布规律的影响．研究结果表明：关键层上的载荷与支承压力分布一样，都受软岩层厚度变化的影响，一般不可视为均布状态。