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煤体循环吸附-解吸变形规律的试验研究被引量：3: 2017年; 在井下煤炭开采和瓦斯抽采过程中,伴随着瓦斯的吸附-解吸,煤体会产生变形效应。采取试验方法,利用自主研发设计的煤体循环吸附-解吸变形测试试验装置,分析了煤体循环吸附-解吸CO_2气体的变形规律。试验结果表明:煤体在循环吸附-解吸下的变形呈现出各向异性的特点,但在平行层理和垂直层理2个方向上的变化趋势一致。随着循环次数的增加,各次吸附导致的煤体最大变形量增大10%左右。在同一次吸附-解吸中,垂直层理方向煤体的变形速率比平行层理方向的快。在1 MPa压力条件下,煤体的残余变形量与循环次数呈线性关系,即:ε_(rd)=kn-a。随着试验的进行,煤体结构内损伤增多,煤体强度降低。; 王辰冯增朝王智民周动; 关键词：煤体

热力耦合作用下花岗岩热破裂特征的颗粒流分析被引量：11: 2020年; 花岗岩热破裂对于深部采矿、地热开发等具有重要意义,运用数字图像处理技术构建了基于细观组分的花岗岩PFC模型,完成了应力作用下花岗岩热破裂的数值模拟。结果表明,花岗岩的热破裂具有阶段性,100℃内发展缓慢,180、370℃左右热破裂活动加剧,尤其是370℃时裂缝数急速增加;随着初始应力状态应力差的增加,剪切型裂纹占比逐渐提高;热破裂产生的裂纹主要分布于成岩矿物颗粒边界,430℃已初步联通形成包围颗粒的不规则裂纹,并伴有少数穿晶裂纹产生。; 梁源凯冯增朝白骏李学成王辰; 关键词：花岗岩颗粒流数值模拟热破裂

煤层气赋存的分形特征研究被引量：3: 2019年; 本文利用红外热成像手段,对微小煤样内的甲烷吸附区进行了观察,并评估其吸附特征与在煤中的分布规律.研究表明煤中存在不同尺度与甲烷吸附能力的甲烷富集区,吸附/解吸甲烷时,甲烷富集区比邻近区域具有更明显的升温/降温现象.通过图像处理的方法对不同吸附压力条件下的红外热像图中的甲烷富集区进行提取,采用盒维数进行统计发现甲烷富集区符合分形规律.试验表明随着吸附压力升高,甲烷富集区的分形维数增大,分布初值减小.对两个不同煤田的煤层气富集区进行统计表明:从微米级到千米级尺度范围内,甲烷富集区分布具有分形特征,且分形维数均在1.5~2.00之间.; 王辰冯增朝周动赵东蔡婷婷; 关键词：分形维数吸附热温度红外热像仪

煤电阻率与其瓦斯含量关系的实验研究被引量：17: 2016年; 煤体中的瓦斯含量能显著影响煤的电阻率,本文利用高精度电阻测试实验装置,在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下,对煤样的电阻率随瓦斯含量的变化规律进行测定。研究结果表明:煤样在连续吸附/解吸与等体积吸附/解吸条件下,电阻率随着瓦斯吸附量增大先逐渐减小,后趋于平稳;等体积吸附(静态吸附)时电阻率改变较连续吸附(动态吸附)明显,且等体积解吸结束时,煤体电阻率距离原始值较远;在瓦斯解吸过程中,煤体电阻率随煤中瓦斯含量增大呈线性减小。研究结果为利用煤体电阻率与瓦斯含量的线性关系预测矿井瓦斯含量提供了理论依据,对指导现场的瓦斯含量测量具有重要意义。; 康天慧董东魏建平薛王龙; 关键词：电阻率解吸

三维应力作用下煤与瓦斯突出模拟试验及机理分析被引量：4: 2018年; 煤与瓦斯突出是煤矿事故中最为剧烈的动力灾害之一,利用自主研制的"三维加载煤与瓦斯突出模拟试验装置"对煤与瓦斯突出孕育及发生过程进行了三维模拟试验,并进一步探究和分析了煤与瓦斯突出产生机理。研究发现:煤体内部瓦斯压力随体积应力的增大而增大,并且与之有很好的相关性,直至突出发生;建立了煤体应力与瓦斯压力综合作用的突出判断准则,且与试验结果吻合较好,拟合程度较高;提出了煤与瓦斯的突出是一个综合作用的过程,不仅受地应力、瓦斯压力和煤体强度的影响,还与突出口煤岩体抵抗强度有关。; 李慧冯增朝赵东王雪龙; 关键词：煤与瓦斯突出三维模拟瓦斯压力

基于红外成像技术的煤中甲烷分布特征研究被引量：2: 2021年; 为了研究煤体在吸附过程中,甲烷的非均匀分布以及煤体温度的改变特征,通过红外热成像的方法和MATLAB程序,对不同变质程度的煤样进行观测分析。结果表明:在吸附过程中,不同煤阶的煤样截面具有不同范围的吸附明显区域,该区域温度变化大,且随着吸附压力的增大,该现象越显著;当煤样吸附达到平衡时,在任意吸附平衡压力下均存在某一温度变化临界值;在温度改变量大于该临界值的煤体截面区域范围,煤体中不同温度变化增量段的甲烷吸附量的分布比率高于煤单元数量分布比率,则定义该煤体区域为甲烷吸附聚积区;随着吸附压力的增大,煤样截面区域的温度变化范围变大,煤样吸附的非均匀性增强;随着温度变化量的增大,不同温度变化增量段的煤单元数量分布比率及其对应的甲烷吸附量分布比率呈现先增大后减小的趋势,服从正态分布。; 王辰冯增朝; 关键词：甲烷红外成像非均匀

基于硬化-损伤机制的贫煤蠕变本构模型研究被引量：10: 2018年; 岩石蠕变是其内部硬化效应和损伤效应共同作用演化的结果。通过分级加载下贫煤单轴压缩蠕变试验,基于试验中瞬时弹性模量增大和黏滞系数减小的现象,分析贫煤蠕变中的硬化-损伤机制。结果表明,较低应力下煤样的变形仅为瞬时应变,煤样仅有硬化效应;当应力达到蠕变起始应力阈值时煤样逐渐出现损伤,次生裂纹出现并扩展,硬化效应与损伤效应共同作用下煤样表现出衰减蠕变和稳定蠕变特征。长期蠕变过程中煤样强度经历先硬化再弱化的过程,最终因累计损伤过大而失稳破坏,依据各级应力下煤样的变形特征,构建了符合其变形规律的黏弹塑性组合模型,并引入了硬化函数和损伤函数,推导得到其蠕变本构方程。采用该模型描述分级加载下贫煤单轴压缩蠕变变形曲线,试验曲线和模型曲线吻合良好。该模型元件简单,物理意义明确,能很好地反映贫煤单轴压缩下的硬化–损伤蠕变特性。; 蔡婷婷冯增朝赵东姜玉龙; 关键词：蠕变本构模型

Two-state energy model and experimental study of coal adsorb methane被引量：2: 2013年; There are two states of methane existing in coal, free methane and adsorptive methane. The two states of methane exchanged with each other which need the energy exchange with outside. It is released heat when methane adsorption on coal, instead of absorbed heat. According to the gas molecules Boltzmann energy distribution, is obtained the equilibrium equations of the two states of methane in coal, as well as the heat of adsorption equation when exchanged into each other. At the same time, high temperature experiments of methane adsorption on coal have been certificated to the theoretical model. At last the experimental results presented that： the two-state energy model could be accurately described the distribution of the two states of methane in the coal; the adsorption heat is related to the initial equilibrium state of methane adsorption; the adsorption heats are different with different coal ranks.; Zeng-Chao FENG Dong ZHAO Zhi-Xiang LIU Yan-Qi WANG Hong-Qiang GOU

煤吸附甲烷结构变形的多尺度特征被引量：12: 2019年; 通过扫描电镜对细观无烟煤样表面结构进行观测,研究了由结构镜质体与细观裂隙引起的煤体细观结构多尺度非均质特征;对比煤样表面CT扫描测试与分析结果,证实了不同尺度下煤体细观结构非均质特征与密度非均匀分布的一致性,即,在较小尺度下,由于煤中结构镜质体与细观裂隙结构的多样性,煤的细观结构和密度分布非均匀性很强,随着尺度的增大,煤的细观结构非均质特征减弱,密度分布非均匀性也减弱。通过对不同吸附压力下煤吸附甲烷CT扫描的数据进行多尺度三维分割与统计,揭示了煤吸附甲烷后细观结构膨胀/挤压变形与密度分布的相关性随结构尺度变化的规律;在小尺度上,低密度结构容易被挤压,中密度结构膨胀和挤压变形同时存在,高密度结构易于发生膨胀变形。随着煤结构尺度的增大,变形方式与原始结构密度的相关性降低。通过对不同尺度与吸附压力下的煤结构膨胀/挤压变形量、膨胀/挤压变形体积统计与分析,发现在甲烷吸附过程中,煤结构的膨胀变形和挤压变形均随结构尺度的增加而减小。煤的膨胀变形主要受吸附压力和结构尺度的影响,而挤压变形主要受结构尺度的单一因素的影响;煤中挤压变形体积始终小于膨胀变形体积。煤体结构的膨胀变形量与挤压变形量随尺度增加的衰减过程是非同步的,在小尺度下,煤体结构的挤压变形量比膨胀变形量更大,随着尺度增加,挤压变形量衰减速度比膨胀变形量衰减速度更快。研究结果对于煤层气开采过程中的气体渗流特征的多尺度精准动态评提供借鉴。; 周动冯增朝王辰沈永星; 关键词：SEM-EDS CT

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国家自然科学基金(21373146)

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