煤体结构分形特征与流体输运理论

前言
第1章注水煤体分形结构特征 1
1.1 煤层注水渗流过程及影响因素分析 1
1.1.1 煤层注水渗流过程 1
1.1.2 煤层注水渗流过程的影响因素 3
1.2 煤层注水“结构-渗润”特性综合实验分析方法 9
1.2.1 煤层注水“结构-渗润”特性综合实验系统 9
1.2.2 注水煤体结构特征光学测定方法 16
1.2.3 注水煤体结构特征流体侵入测试方法 17
1.3 煤基多孔介质结构自相似性与分形特征 19
1.3.1 煤基多孔介质的裂缝结构 19
1.3.2 煤基多孔介质的孔隙结构 25
1.3.3 煤体自相似性与分形特征 28
参考文献 30
第2章煤基多孔介质结构分形维数分类及算法 33
2.1 分形维数分类 33
2.2 煤基多孔介质结构平面分形维数 33
2.2.1 迂曲度分形维数 33
2.2.2 孔隙面积占比分形维数 37
2.2.3 裂隙面积占比分形维数 39
2.3 煤基多孔介质结构空间分形维数 49
2.3.1 体积占比分形维数 49
2.3.2 孔径分布分形维数 50
2.3.3 润湿相分形维数 53
2.4 分形维数与结构参数间分形幂律关系 57
2.4.1 孔隙率与分形维数的幂律关系 57
2.4.2 比表面积与分形维数的幂律关系 60
参考文献 62
第3章考虑启动压力的煤体非线性水力输运特性 64
3.1 启动压力梯度研究现状与产生原因 64
3.1.1 启动压力梯度研究现状 64
3.1.2 煤层注水启动压力梯度的产生原因 66
3.2 启动压力梯度的实验测算方法 76
3.2.1 煤层注水驱替动态过程分析 78
3.2.2 煤层注水启动压力梯度测算方法 82
3.3 煤基分形多孔介质非线性渗流理论 85
3.3.1 煤体树状分叉网络模型构建 85
3.3.2 煤层注水复杂渗流通道与启动压力梯度的关系 87
3.3.3 基于立方定律修正式的启动压力梯度模型 88
3.3.4 煤层注水流体性质与启动压力梯度的关系 92
参考文献 99
第4章煤基分形多孔介质线性渗流特性 102
4.1 渗流的基本概念与理论 102
4.1.1 渗流的基本概念与方式 102
4.1.2 渗流的规律、理论与方法 102
4.2 类树状裂隙分形网络分形渗流模型 111
4.2.1 裂隙结构及分形参数理论描述 111
4.2.2 单一裂隙分形渗流模型 112
4.2.3 裂隙树状分叉网络分形渗流模型 113
4.2.4 理论模型与实验结果对比分析 116
4.3 损伤树状粗糙裂隙渗流模型 120
4.3.1 单一粗糙裂隙模型 120
4.3.2 基于分形树状分叉网络结构的煤体裂隙线性渗流模型 125
4.3.3 具有损伤结构的树状分叉网络裂隙线性渗流模型 130
4.3.4 模型适用性验证及敏感性分析 136
4.4 基于水力半径理论的细观结构分形渗流模型 143
4.4.1 基于水力半径的毛细管束渗流模型 143
4.4.2 分形维数计算及对比分析 145
4.4.3 渗透率的理论与实验结果对比分析 147
4.5 基于Kozeny-Carman方程的注水煤体渗透率分形模型 148
4.6 基于Menger海绵的增加型分形构造法及Kozeny-Carman
方程的新型煤体渗流模型 155
参考文献 163
第5章堆积煤颗粒内的流体输运特性 166
5.1 堆积煤颗粒内水运移通道动力过程 166
5.1.1 水在煤体内的运移过程 166
5.1.2 多孔介质中的自发渗吸原理 167
5.1.3 煤体结构中煤颗粒堆积机理 167
5.2 多孔介质自发渗吸的传统理论模型 169
5.2.1 Terzaghi模型 169
5.2.2 Handy模型 170
5.2.3 Lucas-Washburn模型 170
5.3 基于煤颗粒堆积通道弯曲特征的自发渗吸分形模型 171
5.3.1 基于分形理论的自发渗吸模型构建 171
5.3.2 等效煤颗粒粒径的确定方法 173
5.3.3 自发渗吸规律分析 177
5.4 考虑煤体颗粒堆积参数的自发渗吸分形模型 181
5.4.1 基于渗吸高度的自发渗吸理论模型 181
5.4.2 基于煤颗粒特征参数的毛细通道理论模型 183
5.4.3 自发渗吸理论模型关键参数确定 184
5.4.4 改进型自发渗吸分形模型 187
参考文献 189