任伟光
- 作品数：23 被引量：257H指数：11
- 供职机构：中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：矿业工程建筑科学化学工程自动化与计算机技术更多>>
- 深部煤体注水过程中渗流通道演化特征被引量：15
- 2021年
- 在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下的T_(2)谱和含水量分布情况。通过对不同注水压力下的T_(2)谱进行分析,获得了煤样注水过程中的孔径分布和孔隙结构的演化过程。通过核磁共振成像技术,初步实现了煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道演化的可视化,可更直观地观测煤样注水过程中的动态演化过程,更深入地理解不同煤样T_(2)谱演化过程异同的内在原因。进一步提出了一种根据T_(2)谱进行不同孔径的孔的渗透率贡献度计算方法,定量分析了煤样注水过程中不同孔径的孔对水渗过程的贡献度。并对T_(2)谱进行了孔裂隙的分形维数计算,定量分析煤样孔裂隙的渗流空间含量和异质性。研究发现:平煤十二矿深部煤样注水过程中T_(2)谱表现出三峰特点,中孔、大孔和微裂隙的含量与连通性都大于微孔和小孔,注水过程中渗流通道主要由连通性较好的中孔、大孔和微裂隙构建。煤样注水过程中大孔和微裂隙贡献了99%以上的渗透率;微孔、小孔和连通性较差的孔主要参与储水而不参与运水。注水过程中当煤样孔隙连通性较差,不存在明显的优势渗流通道时,提高注水压力可以使更多的孔隙参与到渗流的过程中;但当煤样中部分孔隙连通性较好形成优势渗流通道时,提高注水压力也很难使更多的孔隙参与到渗流的过程中。在设计煤层注水参数时应特别关注这一现象。
- 周宏伟刘泽霖孙晓彤任伟光钟江城赵家巍薛东杰
- 关键词：煤层注水核磁共振成像分形维数
- 采动应力下深部煤体渗透率演化规律研究被引量：4
- 2022年
- 为了研究深部开采工作面前方煤体的渗透属性,首先基于典型开采方式应力路径进行了不同瓦斯压力下的深部煤体渗透率测试,然后根据渗透率升降速率和单调性对渗透率的演化过程进行划分,归纳出常规三轴加载和采动应力下煤体渗透率演化过程概化模型,最后结合三向扰动应力下的深部煤体渗透率模型与二次多项式拟合关系建立了深部采动煤体全应力–应变渗透率理论模型。结果表明:典型开采方式采动应力路径下深部煤体的应力–应变曲线不存在压密阶段;峰值应力之前和之后测点的渗透率增加率上升幅度较小,而峰值点的渗透率增加率上升幅度较大;常规三轴加载的煤体渗透率曲线呈“V”字形,相应的概化模型包括下降段、峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;采动应力下的深部煤体渗透率曲线呈倒“Z”字台阶形,相应的概化模型可划分为峰前缓升段、急升段和峰后缓升段;建立的渗透率理论模型能够表征不同开采方式下深部煤体全应力–应变过程的渗透率演化。
- 荣腾龙刘克柳周宏伟关灿陈岩任伟光
- 关键词：采动应力概化模型
- 深部煤层顶板砂岩弹性模量与孔隙度关系模型研究被引量：2
- 2019年
- 岩体弹性模量与岩体组分、内部结构及所处应力状态密切相关。本文将孔隙看作岩石中弹性模量为零的组成物质,建立了岩石整体弹性模量与各组成物质的弹性模量、体积分数关系的模型。结合花岗岩、深部煤岩、顶板砂岩、人工配比的高压胶结砂岩等多种脆性岩体的实验结果,确定深部顶板砂岩的模型参数。并针对深部顶板砂岩进行了循环加卸载声发射实验,确定了岩石弹性阶段弹性模量随孔隙度的变化规律。结果表明,本模型弹性模量计算值与实验测量值平均误差为2.11%,说明本文建立的弹性模量与孔隙度关系的模型是适用的。
- 赵阳周宏伟刘迪任伟光刘建锋
- 关键词：弹性模量孔隙度深部岩石
- 浅埋煤层超大采高开采柱式崩塌模型及失稳被引量：9
- 2015年
- 为认清西部典型浅埋条件下覆岩致裂机理及定量分析失稳条件,基于相似模拟试验开展浅埋深薄基岩厚松散层超大采高采动裂隙演化研究。提出采动裂隙柱式结构并揭示柱式结构生成机制。基于支架工作阻力,指出周期来压期间,柱式结构的形成给支架带来了巨大的压力,波浪式特征明显,是导致压架发生的主要原因。依据破裂角演化规律,揭示切顶线破裂角较大,切落特征明显,易促成垂直柱式结构的形成。提出岩柱失稳的3种主要方式:拉裂式崩塌失稳、滑移失稳及倾覆失稳。推导了2种模式的不同失稳模型的稳定系数表达式。对于上覆软土、砂情况,最有可能发生的是拉剪混合型,然后是纯拉型;对于上覆硬土情况,最有可能发生的是纯剪型。从2种模型失稳模式可以看出,倾覆失稳的稳定系数最容易小于1,因此也是最容易发生的,其次是拉裂式崩塌失稳。
- 薛东杰周宏伟任伟光刘亚群陈超凡
- 关键词：浅埋深
- 深部煤体采动应力下双曲函数型渗透率模型被引量：3
- 2019年
- 深部资源开采中,采动应力下煤体渗透率演化规律成为煤炭开采理论研究的热点之一。通过对煤体常规三轴渗流实验和采动应力路径下渗流实验对比分析,发现深部含瓦斯煤体在采动应力路径下其渗透率-体积应变异于常规三轴渗透实验。煤体常规三轴实验主要以三向应力加载为路径,而煤体在不断采出过程中其应力路径主要表现为特定方向加载其他方向卸荷的过程,可凝练为加轴压卸围压的应力路径,而应力-应变分析的起始点为静水压力状态,这必然引起煤体力学物理性质异于三向加载条件的行为。在采动应力条件下的渗透率-体应变空间内,以煤体体应变扩容点为界,当体应变达到扩容点后,随着体应变从压缩变形转换为膨胀变形,渗透率呈现出降低、稳态、增加的过程。为了定量地描述深部煤体渗透率在采动破坏或流变失稳过程中先减小后增大的行为,基于在体积应变空间内真实渗透网络是所有可能渗透网络中最优演化形式的假设,建立以渗透率、体积应变为变量的泛函关系,从而得出由体积应变表示的渗透率表达式。考虑深部煤体流变过程,将分数阶微积分理论推导的煤体体积蠕变方程代入渗透率函数中,得出以轴向应变为自变量的渗透率表达式。根据已有的实验数据对渗透率模型进行验证,结果表明:基于最优渗透网络得出的渗透率模型能很好地描述煤体渗透率在破坏过程中的演化规律,同时也可拟合流变过程中渗透率的变化趋势。
- 王路军周宏伟荣腾龙任伟光
- 关键词：渗透率双曲函数采动应力体积应变
- 三向应力条件下煤体渗透率演化模型研究被引量：16
- 2018年
- 为了掌握三向应力条件下煤体渗透率的变化规律,基于捆绑的火柴棍模型,采用弹性理论分析了煤体基质和裂隙变形对渗透率的影响,建立了两种三向应力条件下煤体渗透率的动态演化模型——指数型和立方型,两种模型均突破以往较多模型采用的单轴应变假设,考虑了三向受力条件下煤体的横向应变不为0以及轴向荷载增加的情况。在分别改变轴压围压组合值、气体压力条件下,将理论模型与室内试验结果进行对比分析,结果表明:煤体渗透率随着载荷水平的升高而减小、随着气体压力的升高而增大;两种条件下指数型渗透率模型对煤体渗透率演化过程的定量描述均优于立方型。
- 荣腾龙周宏伟王路军任伟光姬森浩
- 关键词：煤体三向应力指数型
- 不同加载速率下煤岩采动力学响应及破坏机制被引量：33
- 2016年
- 研究煤岩在不同加载模式与不同加载速率下采动力学响应及破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。基于塔山煤样,先后设计与开展了单轴拉伸与压缩、常规三轴及采动力学试验。获得了不同加载模式下煤样的力学特征参量和变形破坏特性。进一步对比分析了常规三轴试验与采动力学试验煤样变形特征的差异。得到煤样破坏前吸收能量密度随着轴向加载速率的关系,揭示了应力偏量是造成试样破坏强度和吸收能量密度提高的原因,是破坏产生的本质原因,但其受控于围压的临界值,及煤样损伤发生具有的时间效应。建立了采动力学条件下考虑加卸载过程中材料损伤的煤岩黏弹性模型屈服准则,包含有效体积应力的影响、应力差的影响、轴向加载速率的影响及围压卸载速率的影响,新的黏弹性模型屈服准则可以很好地解释加卸载速率引起的材料屈服强度变化。
- 薛东杰周宏伟王子辉任伟光张淼刘亚群
- 关键词：加载速率常规三轴试验能量密度
- 基于Steiner最小树相似模拟裂纹扩展与能量传播的机理被引量：3
- 2015年
- 采矿工程中上覆岩层裂纹扩展及其分布规律一直是研究的难点,直接影响井下工作高效开展及安全,对于高瓦斯矿井还涉及到瓦斯抽采效率提高问题。基于Steiner最小树模型建立裂纹拓展与能量传播的关系,指出裂纹的贯通拓展是沿着耗能最小而最快释放能量的路径。并建立相似模型试验中的真实裂隙与数学裂隙模型,将问题定义为约束型的Steiner树问题。覆岩破坏形式遵循基于四点以离层裂隙为主导的模型。进一步开展室内三轴加载试验,表明理论和真实破裂角与赋存深度的关系并不明显。从力学机理上分析,局部岩石的破坏面可以由摩尔库仑准则解释,而从能量角度分析,众多不同岩性破裂面组合而成的路径也是最优路径。最后揭示了岩层移动角公式参数的内在涵义,指出修正公式是煤炭地下开采上覆不同部分岩层裂隙拓展的有机统一,是Steiner最小树原理的直接体现。
- 薛东杰周宏伟任伟光栗东平
- 深部煤体非线性蠕变本构模型及实验研究被引量：28
- 2018年
- 深部煤体蠕变规律研究对控制巷道围岩变形,预防煤与瓦斯突出及改善瓦斯抽采效果具有重要意义。基于分数阶导数流变模型,推导出煤体三维应力条件下非线性蠕变本构方程。考虑深部煤体赋存的高应力环境及应力变化路径,进行了三向应力状态下轴压恒定、分级卸围压的煤体蠕变实验。实验结果表明:在三向高应力状态下,试件的轴向和环向应变表现为初始蠕变和稳态蠕变,最终出现加速蠕变阶段;在相同差应力条件下,煤体蠕变变形随围压增大而减小。利用煤体卸围压蠕变实验数据对文中蠕变本构方程的参数进行拟合,结果表明:该蠕变本构方程能很好地描述煤体蠕变三阶段,特别是加速阶段。在蠕变本构方程参数确定的前提下,分析了应力水平、分数阶导数阶数及黏性系数对煤体蠕变特性的影响规律。
- 王路军周宏伟荣腾龙任伟光
- 关键词：体积应变
- 基于CT图像灰度分布的含杂质煤体三值化方法被引量：11
- 2018年
- 煤体CT图像阈值分割是其三维真实结构重构的前提.基于单轴压缩状态下煤体的CT图像,提出了一种基于图像灰度分布的孔隙度计算方法,结合灰度直方图,利用实测孔隙度反推法对煤体CT图像进行了裂隙-煤基质-煤杂质三值化,同时与最大类间方差法和最大熵法的三值化结果进行了对比分析.结果表明,最大熵法对于煤基质和煤杂质不能较好区分;最大类间方差法对于图像微小区域灰度的突变(裂隙的产生)敏感性低,无法有效区分裂隙与煤基质;本文改进的灰度直方图法避免了最大类间方差法和最大熵法的劣势,具有较好的图像三值化效果,且煤基质与煤杂质间的阈值基于实验结果得到,具有更高的可信度和准确度.
- 钟江城周宏伟任伟光王子辉陈吉
- 关键词：CT图像孔隙度最大类间方差法
