煤體微觀三維重構及其滲流特征

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 基于CT掃描的數(shù)字巖心技術研究進展及評述 3
1.3 煤體孔裂隙結構的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.4 煤體滲流的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.5 研究內(nèi)容和技術路線 9
參考文獻 11
第2章 CT掃描技術的基本原理 14
2.1 概述 14
2.2 計算機斷層掃描技術的基本原理 15
2.3 CT設備部件及功能 16
2.4 CT掃描的實驗流程 17
2.5 小結與討論 19
參考文獻 20
第3章 煤體微觀結構的三維重建 21
3.1 概述 21
3.2 CT圖像降噪 22
3.3 圖像閾值分割 24
3.4 表征單元體選取 29
3.5 煤體結構的三維重建 31
3.6 小結與討論 31
參考文獻 33
第4章 基于CT重建的煤體孔裂隙結構表征 34
4.1 概述 34
4.2 煤體孔裂隙結構的定性分析 35
4.2.1 基于灰度直方圖的煤體結構分析 35
4.2.2 煤體三維孔裂隙結構的定性表征 37
4.3 煤體孔裂隙結構的定量分析 38
4.3.1 煤體孔裂隙結構的微觀參數(shù)分析 38
4.3.2 孔隙網(wǎng)絡模型的建立 42
4.4 煤體孔裂隙結構的分形幾何概述 44
4.4.1 分形幾何的基本概念及定義 44
4.4.2 分形維數(shù)的計算 46
4.5 孔裂隙結構和滲流參數(shù)與分形維數(shù)的關系 47
4.5.1 孔隙率與分形維數(shù)的關系 48
4.5.2 連通性與分形維數(shù)的關系 53
4.5.3 滲透率與分形維數(shù)的關系 56
4.6 小結與討論 59
參考文獻 60
第5章 煤體微觀結構的瓦斯?jié)B流模擬 62
5.1 概述 62
5.2 瓦斯流動速度參數(shù)辨析 63
5.3 瓦斯?jié)B流參數(shù)提取 64
5.4 非達西滲流影響因素的分析 68
5.4.1 有效孔隙率對非達西滲流的影響 68
5.4.2 滲透率與非達西系數(shù)對非達西滲流的影響 69
5.5 煤體非達西系數(shù)經(jīng)驗公式優(yōu)選 70
5.6 小結與討論 73
參考文獻 74
第6章 煤體微觀結構的注水滲流模擬 75
6.1 概述 75
6.2 掃描實驗及三維重建 76
6.3 流固耦合模擬設置 77
6.3.1 流固耦合模型 77
6.3.2 單元格算法 77
6.3.3 材料屬性 78
6.3.4 模擬方案 79
6.4 注水滲流模擬結果分析 79
6.4.1 滲流過程分析 79
6.4.2 初始流速對滲流的影響 81
6.4.3 壓力梯度對滲流的影響 84
6.5 小結與討論 85
參考文獻 86
第7章 含人造裂隙的煤體三維重建及有限元模型的建立 88
7.1 概述 88
7.2 插值算法 89
7.3 含人造裂隙煤體的三維重建 91
7.4 含人造裂隙煤體有限元模型的建立 94
7.5 小結與討論 100
參考文獻 101
第8章 人造裂隙-死端孔隙結構的注水滲流特征 103
8.1 概述 103
8.2 煤樣的選擇與圖片處理 104
8.3 基于人造孔隙技術的注水滲流模擬 105
8.3.1 人造孔隙技術 105
8.3.2 注水滲流模型 106
8.3.3 注水滲流模擬方案 106
8.4 滲流結果與分析 108
8.4.1 滲流分布特征 108
8.4.2 死端孔對滲流變化規(guī)律的影響 110
8.4.3 連通孔-裂隙-死端孔隙結構的滲流規(guī)律 114
8.5 小結與討論 117
參考文獻 118
第9章 基于煤體微觀結構的應力-滲流耦合特性 120
9.1 概述 120
9.2 煤體應力加載模型的構建 121
9.3 煤體應力-滲流耦合模型的構建 122
9.4 載荷作用下煤體結構特征 124
9.4.1 煤體整體的應力、形變特征 124
9.4.2 煤體整體結構在不同加載速度、圍壓條件下的能量變化特征 126
9.4.3 煤體局部孔隙結構的應力特征 129
9.4.4 煤體局部孔隙、裂隙結構的應變特征 134
9.5 煤體的注水滲流特征 137
9.6 煤體結構的應力-滲流耦合特性研究 138
9.6.1 模型整體的不同形變程度對于滲流的影響 139
9.6.2 局部孔隙、裂隙結構形變程度對于滲流的影響 142
9.7 小結與討論 145
參考文獻 146
第10章 煤體微觀結構的流固共軛傳熱和熱變形模擬 147
10.1 概述 147
10.2 CT三維重建的傳熱和變形模型 148
10.2.1 流固共軛傳熱模型 148
10.2.2 熱載荷作用下的骨架變形模型 149
10.3 共軛傳熱的模擬結果分析 150
10.4 煤體骨架熱變形與孔裂隙結構的模擬結果分析 154
10.4.1 煤體骨架熱變形 154
10.4.2 煤體孔裂隙結構的熱變形 155
10.5 不同煤體微觀結構的共軛傳熱和熱變形特征分析 157
10.5.1 煤體微觀孔裂隙結構的特征分析 158
10.5.2 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的滲流特性 162
10.5.3 溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的變形特征 165
10.6 小結與討論 168
參考文獻 169
第11章 煤體溫-壓耦合下微觀結構特性模擬 170
11.1 概述 170
11.2 實驗和方法 171
11.3 煤體變形模型構建 172
11.3.1 原理介紹 173
11.3.2 幾何模型構建 173
11.3.3 溫-壓耦合作用下的煤體變形模型 174
11.4 溫-壓耦合作用下的煤體結構特征分析 175
11.4.1 煤體結構的三維重構及分形特征 175
11.4.2 溫-壓耦合作用下煤體結構的特征 177
11.4.3 煤體內(nèi)部微觀孔裂隙結構的變形特征 180
11.5 小結與討論 184
參考文獻 184
第12章 煤體孔裂隙結構和滲流特性的綜合表征方法 186
12.1 概述 186
12.2 CT實驗及核磁共振實驗 187
12.3 孔裂隙結構的可視化表征 189
12.3.1 孔裂隙結構的三維重建 189
12.3.2 飽水狀態(tài)下的核磁成像 190
12.4 煤體結構的定量表征 191
12.4.1 CT三維重建的孔裂隙結構量化 192
12.4.2 NMR對孔隙結構參數(shù)的表征 194
12.4.3 孔隙率的綜合表征 197
12.4.4 孔裂隙的連通性 199
12.5 基于核磁共振的影響煤體滲流因素的研究 203
12.5.1 不同注水時間下的滲流特性 203
12.5.2 注水壓力對滲流特性的影響 206
12.6 小結與討論 208
參考文獻 209