粗糙裂隙煤岩的分形多场渗流模型及数值模拟

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0059

采矿与安全工程学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (5): 1036-1045.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0059

粗糙裂隙煤岩的分形多场渗流模型及数值模拟

季明1,孙中光2，刘冠男3,4,范书帝4,高峰3,4,王春光5

1. 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116; 2. 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400039； 3. 中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州 221116; 4. 中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州 221116; 5. 永煤集团股份有限公司，河南永城 476600

出版日期:2024-09-15 发布日期:2024-09-14
通讯作者: 王春光，E-mail： 450977612@qq.com，Tel： 15037039126
作者简介:季明（1982— ），男，江苏省盐城市人，副教授，博士生导师，从事采矿工程及岩石力学方面的研究。
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金项目(2023XSCX049)；国家自然科学基金重点项目(51934007);重庆市博士“直通车”项目（CSTB2023NSCQ-BSX0009）

A fractal multi-field model and numerical simulation of rough coal rock fractures#br#

Online:2024-09-15 Published:2024-09-14

摘要/Abstract

摘要： 煤体裂隙分布特性对气体聚集、运移及产出具有至关重要的影响。基于多孔介质分形理论,构建了一种新的跨学科分析模型,定量表征了煤岩裂隙粗糙程度,并将煤岩渗透率定义为它的函数,进而与煤体变形、吸附效应及气体压力耦合,实现了多物理场耦合作用下裂隙粗糙程度及分形行为对气体渗流、煤岩应力和渗透率影响的定量分析。研究表明:提出的4个分形参数能够很好地表征粗糙裂隙数目、长度、迂曲度及粗糙程度;当煤岩物性参数保持不变时,渗透率与裂隙迂曲度分形维数成反比,与裂隙分形维数成正比;相较于其他微观参数,迂曲度分形维数的改变对煤岩渗透率及气体压力的影响最大。研究结果可为相关工程项目提供一种全新的评估抽采率及开采安全性的跨学科方法。

关键词: 裂隙结构, 分形几何, 粗糙程度, 多场耦合, 渗透率

中图分类号:

O 319

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A fractal multi-field model and numerical simulation of rough coal rock fractures#br#

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