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一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置: 本发明涉及煤与瓦斯突出的灾害防治技术领域，特别涉及一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置。在该方法包括如下步骤：测量待测煤样的孔隙度；对待测煤体系进行瓦斯水合固化试验；采集瓦斯水合物在不同饱和度时的待测煤体系的介电常数...; 刘传海陈冉张保勇吴强张强吴琼高霞藏歧峰

L-色氨酸与结冷胶复配对瓦斯水合物生成动力学影响: 2024年; 为加快煤矿瓦斯高效清洁利用,利用静态甲烷水合物合成实验装置,在NiMnGa悬浮液中开展了结冷胶和L-色氨酸不同配比条件下的瓦斯水合过程动力学影响实验,探究结冷胶与L-色氨酸对瓦斯水合物生成动力学影响。结果表明:在质量分数为0.03%的L-色氨酸体系中,随着结冷胶质量分数的升高,水合物气体消耗量和气体消耗速率均降低,0.3%结冷胶体系促进效果较好,是0.6%体系气体消耗量的5.8倍;在结冷胶质量分数为0.3%的体系中加入少量L-色氨酸能够促进甲烷水合物生成动力学进程,0.5%L-色氨酸体系比单独结冷胶体系诱导时间缩短了95.56%,气体消耗量和气体消耗速率分别提高了22.9倍和36.1倍。该研究可为静态体系促进气体水合物快速生成提供参考。; 吴琼仝娟张保勇李莉赵子琪林能宇; 关键词：煤矿瓦斯瓦斯水合物结冷胶 L-色氨酸动力学

加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率试验研究: 2024年; 为探究瓦斯水合固化及加卸载条件下含瓦斯水合物煤体应变及渗透率变化规律,采用自主设计的应力–渗流–化学耦合作用煤体三轴试验装置,测量瓦斯水合物生成前后煤体渗透率及升轴压卸围压条件下煤体(3种粒径:0.425~0.850(20~40目)、0.250~0.425(40~60目)、0.180~0.250 mm(60~80目);3种饱和度:40%、60%、80%)应变及渗透率,获取加卸载条件下应力–应变曲线确定煤体变形特征,分析瓦斯水合物生成、水合物饱和度及偏应力对煤体渗透率的影响规律,通过渗透率损失率、变形角公式对煤体渗透率影响程度、体积膨胀效应进行量化表征,基于渗透率模型初步探讨水合物分布模式对煤体渗透率的影响机制。研究表明:①饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂,总体而言,随着饱和度增加,渗透率降低百分比越大,堵塞程度越显著。瓦斯水合物生成后,煤体渗透率明显降低,降低幅度为58.3%~83.3%(20~40目)、61.5%~95.0%(40~60目)、81.8%~90.9%(60~80目),随着饱和度增加,煤体渗透率整体呈降低趋势,下降幅度为55.6%~86.1%。②煤体轴向应变随着时间增加呈现出稳定增大、缓慢增大和快速增大3个阶段,煤体渗透率与应变具有一定相关性,并随着偏应力增加呈二项式函数增大、先减小后增大、先增大后减小3种趋势,二项式函数可较好预测采掘应力扰动下瓦斯水合固化后煤体渗透率变化规律。③引入渗透率损失率,在相同水合物饱和度下,随着偏应力增加,煤体渗透率损失率整体呈增大趋势。④引入体积膨胀变形角,在相同偏应力差下,随着饱和度增加,煤体体积膨胀变形角由19.0°~63.9°降至0.2°~38.2°,说明水合物饱和度越低,煤体体积膨胀效应越显著。; 张保勇赵国建高霞吴强; 关键词：煤与瓦斯突出加卸载渗透率

不同围压与饱和度下含瓦斯水合物煤体能量变化规律被引量：1: 2024年; 突出煤层瓦斯水合固化是一项新型降低瓦斯压力增强煤体强度的防突技术,不同围压、饱和度下含瓦斯水合物煤体破坏特性及能量耗散规律尚不明确,无法为现场深部煤与瓦斯突出等动力灾害预防提供理论依据。基于三轴压缩试验获取的偏应力-应变曲线,计算并分析不同围压(12、16、20MPa)、饱和度(20%、50%、80%)下含瓦斯水合物煤体三轴压缩过程中能量变化规律。研究表明:(1)含瓦斯水合物煤体三轴压缩过程中总能量、弹性能及耗散能均随着轴向应变增加而增大,外界做功在弹性阶段和屈服阶段前期主要转化为弹性能,在屈服阶段后期和强化阶段主要转化为耗散能。(2)当围压从12 MPa增加到20 MPa、饱和度从20%增加到80%,其临界破坏点总能量不断增大,增幅分别为120.30%和81.60%,储能极限与临界破坏点耗散能也随围压增加而增大,增幅分别为174.89%和110.73%,含瓦斯水合物煤体在高围压和高饱和度下吸收能量的能力、抵抗变形破坏的能力及损伤所消耗的能量的量均高于低围压,越不容易破坏。(3)能耗比随着轴向应变增加匀速增大,饱和度50%和80%时,临界轴向应变随围压的增加而增大,但随着饱和度增大临界轴向应变对围压的敏感性降低。(4)围压16、20MPa下,储能极限随着储能系数的增加而增大,储能系数与储能极限同等具有表征含瓦斯水合物煤体储存弹性能的能力。(5)煤体中水合物生成能够有效降低瓦斯压力,提高煤体峰值强度、临界破坏点总能量、储能极限及临界破坏点耗散能,整体提升幅度21.11%~42.11%,有利于提升煤体抵抗外力破坏的能力。研究成果揭示了含瓦斯水合物煤体受载损伤能量变化规律,可为深部煤与瓦斯突出等动力灾害的防治提供一定的理论指导。; 祝威高霞张保勇吴强; 关键词：煤与瓦斯突出三轴压缩试验

加载速率影响下含瓦斯水合物煤体力学性质离散元研究: 2024年; 为了探究瓦斯水合物固化煤体后,加载速率对加固煤体力学性质的影响规律,提出1种柔性边界及不规则颗粒条件下含瓦斯水合物煤体的建模方法,并验证模型合理性,开展加载速率在0.005~0.25 mm/s范围内双轴数值试验。研究结果表明:含瓦斯水合物煤体应力-应变曲线呈应变硬化趋势且加载速率0.05 mm/s是其强度转折的临界加载速率;试样剪切带形态主要为“X”型并呈鼓胀破坏,随着加载速率的增加,试样鼓胀程度减小,破坏形态由局部破坏向整体破坏转变。研究结果可为深入认识含瓦斯水合物煤体力学性质提供参考。; 高霞王柏琨赵宇贤吴强崔祥龙; 关键词：加载速率离散元

柔性边界三轴压缩条件下含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质: 2024年; 为探究不同边界条件下围压对含瓦斯水合物煤体的宏细观力学性质影响规律,对饱和度80%的煤样进行围压12、16、20 MPa下双轴离散元试验。首先,考虑颗粒形状效应、水合物胶结作用以及热缩管的影响,选取抗滚动阻力线性模型和平行黏结模型,分别构建了刚性边界和柔性边界的含瓦斯水合物煤体双轴数值模型。其次,通过与室内试验结果(偏应力−轴向应变曲线、体积应变−轴向应变曲线、内摩擦角、黏聚力以及试样破坏模式)对比,验证了数值模型的可靠性,并发现柔性边界能更好地反映试样轴向应变−偏应力特征、剪胀特性以及强度特性。基于所建数值模型,从试样内部位移场、力学平均配位数、平均孔隙率、接触力链以及水合物黏结破坏角度揭示围压和边界条件对含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质的影响规律。结果表明:①随着围压的增大,刚性边界的破坏型式多表现为单斜面剪切破坏;柔性边界的破坏型式由单叉型剪切破坏转变为单斜面剪切破坏。②随着围压的增加,2种边界的力学平均配位数均呈增大趋势,平均孔隙率均呈减少趋势,试样更密实,试样强度增加。③随着围压的增加,颗粒间法向接触力继续增加,试样强度增加,分布在轴向附近的法向接触力随之增大,而在水平向附近的法向接触力变化较小,竖向与水平向法向接触力差异越明显,各向异性更突出;在峰值强度处,随着围压从12 MPa增加到20 MPa,柔性边界法向接触力增加了54.50%,刚性边界法向接触力增加了45.70%。④在不同围压和边界条件下,试样产生张拉和剪切2种不同破坏形式,试样内部起裂主要以水合物和煤间剪切裂纹为主导;随着围压的增大,2种边界内部剪切裂纹数量呈逐渐减小趋势。研究结果从细观尺度上揭示围压对含瓦斯水合物煤体强度变形破坏等宏观力学特性的影响机制。; 高霞王楠楠秦程张保勇蒋静宇吴强; 关键词：煤与瓦斯突出离散元三轴压缩试验

基于平行黏结模型的含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质研究: 2024年; 为了研究围压和饱和度对含瓦斯水合物煤体宏细观力学特性的影响规律,对它进行三轴压缩试验离散元模拟。首先,利用颗粒流程序PFC3D构建3种不同饱和度的含瓦斯水合物煤试样数值模型,其中水合物的胶结作用通过平行黏结模型进行模拟。其次,通过与室内三轴试验结果进行比较,标定能够反映其力学特性的细观参数。试验结果和模拟结果的应力-应变曲线趋势基本吻合,破坏强度、强度参数误差率均在10%以内,从而验证所建模型的可靠性。进而,对不同围压下含瓦斯水合物煤体三轴试验进行离散元模拟,从应力-应变曲线以及速度场、接触力链、配位数及孔隙率角度分别分析其宏细观力学特征。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果吻合较好,整体上能够较好模拟试样的应变硬化特征。从速度场变化规律可以发现,低饱和度下试样剪胀程度较高,高围压下试样剪缩程度较高。不同饱和度、围压条件下,破坏强度处的主力链传递方向没有明显区别。随着围压和饱和度的增大,接触力增大,接触力链个数增加;配位数整体呈增大趋势,孔隙率整体呈减小趋势,使得试样强度增强;摩擦是维持试样细观力学体系稳定的重要因素。研究结果从细观尺度上揭示饱和度和围压对含瓦斯水合物煤体强度变形破坏等宏观力学特性的影响机制,为含瓦斯水合物煤体三轴试验离散元模拟建模提供理论参考以及为利用水合物技术预防煤与瓦斯突出提供依据。; 王楠楠高霞张吉哲张保勇吴强; 关键词：围压离散元细观力学

基于颗粒真实几何形状的含瓦斯水合物煤体三轴试验离散元模拟: 2024年; 为了更加真实地模拟含瓦斯水合物煤体的力学特性,采用电镜扫描及二维离散元程序,提出了一种基于球度和扁平度的随机几何模型生成技术,建立基于室内三轴试验结果的二维离散元模型。通过构建不同瓦斯水合物饱和度的数值试样,模拟三轴压缩下含瓦斯水合物煤体的力学特性及变形破坏规律,从细观角度探究饱和度对其力学性质的影响机理。结果表明:随着饱和度增大,试样峰值强度和弹性模量呈线性增加,剪缩量略微减小,剪胀量明显增大;所有试样均呈先剪缩后剪胀,饱和度越大,进入剪胀阶段越快;当饱和度从20%提升至60%,试样内部的强力链数量明显增多,颗粒间的最大接触力提升了约50%,说明水合物越多,颗粒间粘结作用越强,从而提升了试样的峰值强度。; 高霞要远

应力加卸载下含瓦斯水合物煤体渗透特性及滑脱效应影响研究: 赵国建

先进制造理论研究与工程技术系列含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质研究: 本书对含瓦斯水合物煤体的宏细观力学性质进行了研究。通过开展含瓦斯水合物煤体的三轴压缩试验，揭示了不同围压、水合物饱和度、粒径及应力路径对其强度、变形及破坏特性的影响规律。在此基础上，考虑水合物的胶结和填充作用及颗粒不同形...; 高霞作

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