胶结破碎岩石非Darcy流渗透特性试验研究

发布时间：2018-01-05 12:03

  本文关键词：胶结破碎岩石非Darcy流渗透特性试验研究　出处：《中国矿业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：岩块间的胶结作用对破碎岩石的孔隙结构和渗透特性具有显著影响,胶结破碎岩石表现出一定程度的阻隔水性能。水流作用下胶结破碎岩石的渗透性参量表现出与非胶结破碎岩石不同的变化特征。研究胶结破碎岩石渗透特性对于保护煤矿地下水资源,实现保水开采具有重要的工程意义。本文分别以黏土、石膏和水泥为胶结剂制作了渗透试验样本,综合运用室内试验、理论分析、数值计算和响应分析开展了胶结破碎岩石非Darcy流渗透特性研究,取得如下成果:(1)设计出一种能够长时间提供稳定水压、精确采集流量的胶结破碎岩石渗透试验系统。该系统配置大容量双作用液压缸,通过控制油压间接地控制水压,可以实现渗透液入口端压力的长时间稳定。采用Coriolis力流量计,提高测试精度,保证流量数据的准确性。(2)基于样本渗透试验中压力梯度和渗流速度时间序列,构建了胶结破碎岩石试样渗透性参量计算方法与程序,分别得到了渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数的时变曲线。(3)通过单因素试验,分别得到了黏土胶结、石膏胶结和水泥胶结的破碎岩石渗透率峰值、渗透率稳定值和衰减指数与Talbot指数、初始孔隙度和胶结剂含量之间的关系。在此基础上,提出了一种含有33个参量的胶结破碎岩石渗透率模型,并设计了优化模型参量的遗传算法。(4)通过含盐胶结破碎岩石渗透试验,分析了含盐量、Talbot指数和水泥含量对水泥胶结破碎岩石渗透率稳态值的影响,建立了渗透率稳态值与各影响因素之间的关系式,并进行了含盐胶结破碎岩石渗透率稳态值敏感性分析。(5)考虑到陷落柱孔隙分布的非均匀性,构建了胶结破碎岩体渗流系统的动力学模型,设计了系统响应的算法,编制了响应计算程序。通过黏土胶结破碎岩体渗流系统的响应计算,分析了胶结剂含量、初始孔隙度和Talbot指数对岩体顶部渗流速度的影响。
[Abstract]:The cementation between rock masses has a significant effect on the pore structure and permeability characteristics of broken rock. The permeability parameters of cemented broken rock under the action of water flow are different from those of non-cemented broken rock. The permeability characteristics of cemented broken rock are different from that of non-cemented broken rock. Protection of underground water resources in coal mines. Water conservation mining has important engineering significance. In this paper, clay, gypsum and cement are used as cementing agents to make penetration test samples, comprehensive use of indoor tests, theoretical analysis. Numerical calculation and response analysis have been carried out to study the permeability characteristics of non-#en0# flow in cemented broken rock. The following results have been obtained: 1) A kind of stable water pressure can be designed for a long time. This system is equipped with large capacity and double acting hydraulic cylinder, which can control water pressure indirectly by controlling oil pressure. The pressure at the inlet end of the permeate can be stabilized for a long time. The Coriolis force Flowmeter is used to improve the accuracy of the test. To ensure the accuracy of flow data, based on the pressure gradient and time series of seepage velocity in the sample permeability test, the calculation method and program of permeability parameters of cemented broken rock samples are constructed, and the permeability is obtained respectively. The time-varying curve of 尾 factor and acceleration coefficient of non-#en0# flow. Through single factor test, the peak permeability of broken rock is obtained for clay cementation, gypsum cementation and cement cementation, respectively. The relationship between permeability stability and attenuation index and Talbot exponent, initial porosity and cementing agent content. Based on this, a permeability model of cemented broken rock with 33 parameters is proposed. The genetic algorithm of optimizing model parameters is designed. The salt content is analyzed by salt cemented rock penetration test. The influence of Talbot exponent and cement content on the steady state value of permeability of cemented broken rock is established, and the relationship between the steady state value of permeability and the influencing factors is established. The dynamic model of seepage system of cemented fractured rock mass is constructed taking account of the inhomogeneity of pore distribution in the collapse column and the sensitivity analysis of the steady state value of permeability of the rock broken with salt. The algorithm of system response is designed and the program of response calculation is worked out. The content of cementing agent is analyzed by calculating the response of clay cemented rock mass seepage system. The influence of initial porosity and Talbot exponent on the seepage velocity at the top of rock mass.
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU45

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本文编号：1383022