本文關(guān)鍵詞：膠結(jié)破碎巖石非Darcy流滲透特性試驗(yàn)研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：巖塊間的膠結(jié)作用對破碎巖石的孔隙結(jié)構(gòu)和滲透特性具有顯著影響,膠結(jié)破碎巖石表現(xiàn)出一定程度的阻隔水性能。水流作用下膠結(jié)破碎巖石的滲透性參量表現(xiàn)出與非膠結(jié)破碎巖石不同的變化特征。研究膠結(jié)破碎巖石滲透特性對于保護(hù)煤礦地下水資源,實(shí)現(xiàn)保水開采具有重要的工程意義。本文分別以黏土、石膏和水泥為膠結(jié)劑制作了滲透試驗(yàn)樣本,綜合運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值計(jì)算和響應(yīng)分析開展了膠結(jié)破碎巖石非Darcy流滲透特性研究,取得如下成果:(1)設(shè)計(jì)出一種能夠長時(shí)間提供穩(wěn)定水壓、精確采集流量的膠結(jié)破碎巖石滲透試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)配置大容量雙作用液壓缸,通過控制油壓間接地控制水壓,可以實(shí)現(xiàn)滲透液入口端壓力的長時(shí)間穩(wěn)定。采用Coriolis力流量計(jì),提高測試精度,保證流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。(2)基于樣本滲透試驗(yàn)中壓力梯度和滲流速度時(shí)間序列,構(gòu)建了膠結(jié)破碎巖石試樣滲透性參量計(jì)算方法與程序,分別得到了滲透率、非Darcy流β因子和加速度系數(shù)的時(shí)變曲線。(3)通過單因素試驗(yàn),分別得到了黏土膠結(jié)、石膏膠結(jié)和水泥膠結(jié)的破碎巖石滲透率峰值、滲透率穩(wěn)定值和衰減指數(shù)與Talbot指數(shù)、初始孔隙度和膠結(jié)劑含量之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出了一種含有33個(gè)參量的膠結(jié)破碎巖石滲透率模型,并設(shè)計(jì)了優(yōu)化模型參量的遺傳算法。(4)通過含鹽膠結(jié)破碎巖石滲透試驗(yàn),分析了含鹽量、Talbot指數(shù)和水泥含量對水泥膠結(jié)破碎巖石滲透率穩(wěn)態(tài)值的影響,建立了滲透率穩(wěn)態(tài)值與各影響因素之間的關(guān)系式,并進(jìn)行了含鹽膠結(jié)破碎巖石滲透率穩(wěn)態(tài)值敏感性分析。(5)考慮到陷落柱孔隙分布的非均勻性,構(gòu)建了膠結(jié)破碎巖體滲流系統(tǒng)的動力學(xué)模型,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)響應(yīng)的算法,編制了響應(yīng)計(jì)算程序。通過黏土膠結(jié)破碎巖體滲流系統(tǒng)的響應(yīng)計(jì)算,分析了膠結(jié)劑含量、初始孔隙度和Talbot指數(shù)對巖體頂部滲流速度的影響。
[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.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU45

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本文編號：1383022