煤體微觀三維重構(gòu)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(shù)研究進(jìn)展及評(píng)述 3
1.3 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)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(shù)路線 9
參考文獻(xiàn) 11
第2章 CT掃描技術(shù)的基本原理 14
2.1 概述 14
2.2 計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的基本原理 15
2.3 CT設(shè)備部件及功能 16
2.4 CT掃描的實(shí)驗(yàn)流程 17
2.5 小結(jié)與討論 19
參考文獻(xiàn) 20
第3章 煤體微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的三維重建 31
3.6 小結(jié)與討論 31
參考文獻(xiàn) 33
第4章 基于CT重建的煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)表征 34
4.1 概述 34
4.2 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)的定性分析 35
4.2.1 基于灰度直方圖的煤體結(jié)構(gòu)分析 35
4.2.2 煤體三維孔裂隙結(jié)構(gòu)的定性表征 37
4.3 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)的定量分析 38
4.3.1 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)的微觀參數(shù)分析 38
4.3.2 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的建立 42
4.4 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)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(jì)算 46
4.5 孔裂隙結(jié)構(gòu)和滲流參數(shù)與分形維數(shù)的關(guān)系 47
4.5.1 孔隙率與分形維數(shù)的關(guān)系 48
4.5.2 連通性與分形維數(shù)的關(guān)系 53
4.5.3 滲透率與分形維數(shù)的關(guān)系 56
4.6 小結(jié)與討論 59
參考文獻(xiàn) 60
第5章 煤體微觀結(jié)構(gòu)的瓦斯?jié)B流模擬 62
5.1 概述 62
5.2 瓦斯流動(dòng)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(dá)西滲流影響因素的分析 68
5.4.1 有效孔隙率對(duì)非達(dá)西滲流的影響 68
5.4.2 滲透率與非達(dá)西系數(shù)對(duì)非達(dá)西滲流的影響 69
5.5 煤體非達(dá)西系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式優(yōu)選 70
5.6 小結(jié)與討論 73
參考文獻(xiàn) 74
第6章 煤體微觀結(jié)構(gòu)的注水滲流模擬 75
6.1 概述 75
6.2 掃描實(shí)驗(yàn)及三維重建 76
6.3 流固耦合模擬設(shè)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(jié)果分析 79
6.4.1 滲流過程分析 79
6.4.2 初始流速對(duì)滲流的影響 81
6.4.3 壓力梯度對(duì)滲流的影響 84
6.5 小結(jié)與討論 85
參考文獻(xiàn) 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(jié)與討論 100
參考文獻(xiàn) 101
第8章 人造裂隙-死端孔隙結(jié)構(gòu)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(shù)的注水滲流模擬 105
8.3.1 人造孔隙技術(shù) 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(jié)果與分析 108
8.4.1 滲流分布特征 108
8.4.2 死端孔對(duì)滲流變化規(guī)律的影響 110
8.4.3 連通孔-裂隙-死端孔隙結(jié)構(gòu)的滲流規(guī)律 114
8.5 小結(jié)與討論 117
參考文獻(xiàn) 118
第9章 基于煤體微觀結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-滲流耦合特性 120
9.1 概述 120
9.2 煤體應(yīng)力加載模型的構(gòu)建 121
9.3 煤體應(yīng)力-滲流耦合模型的構(gòu)建 122
9.4 載荷作用下煤體結(jié)構(gòu)特征 124
9.4.1 煤體整體的應(yīng)力、形變特征 124
9.4.2 煤體整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的應(yīng)力特征 129
9.4.4 煤體局部孔隙、裂隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)變特征 134
9.5 煤體的注水滲流特征 137
9.6 煤體結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(duì)于滲流的影響 139
9.6.2 局部孔隙、裂隙結(jié)構(gòu)形變程度對(duì)于滲流的影響 142
9.7 小結(jié)與討論 145
參考文獻(xiàn) 146
第10章 煤體微觀結(jié)構(gòu)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(jié)果分析 150
10.4 煤體骨架熱變形與孔裂隙結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果分析 154
10.4.1 煤體骨架熱變形 154
10.4.2 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)的熱變形 155
10.5 不同煤體微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的特征分析 158
10.5.2 溫度作用下煤體不同孔裂隙結(jié)構(gòu)的滲流特性 162
10.5.3 溫度作用下煤體不同孔裂隙結(jié)構(gòu)的變形特征 165
10.6 小結(jié)與討論 168
參考文獻(xiàn) 169
第11章 煤體溫-壓耦合下微觀結(jié)構(gòu)特性模擬 170
11.1 概述 170
11.2 實(shí)驗(yàn)和方法 171
11.3 煤體變形模型構(gòu)建 172
11.3.1 原理介紹 173
11.3.2 幾何模型構(gòu)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(jié)構(gòu)特征分析 175
11.4.1 煤體結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)及分形特征 175
11.4.2 溫-壓耦合作用下煤體結(jié)構(gòu)的特征 177
11.4.3 煤體內(nèi)部微觀孔裂隙結(jié)構(gòu)的變形特征 180
11.5 小結(jié)與討論 184
參考文獻(xiàn) 184
第12章 煤體孔裂隙結(jié)構(gòu)和滲流特性的綜合表征方法 186
12.1 概述 186
12.2 CT實(shí)驗(yàn)及核磁共振實(shí)驗(yàn) 187
12.3 孔裂隙結(jié)構(gòu)的可視化表征 189
12.3.1 孔裂隙結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的定量表征 191
12.4.1 CT三維重建的孔裂隙結(jié)構(gòu)量化 192
12.4.2 NMR對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)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(shí)間下的滲流特性 203
12.5.2 注水壓力對(duì)滲流特性的影響 206
12.6 小結(jié)與討論 208
參考文獻(xiàn) 209