工作室主要研究方向

研究课题一: 煤矿瓦斯治理智慧辅助决策系统 (2019.8.25更新)

[1] 课题背景:

21世纪之于矿业,有一点是毫无争议的,就是要构建一种新的智能模式,以智能化带动瓦斯治理技术升级,提高矿山企业核心竞争力,是中国矿业生存和发展的必由之路。

但不可否认,当前我国的煤矿瓦斯治理技术随经历了多年的快速发展,但在智能化发展方面仍是刚刚起步,瓦斯参数的测定仍多依靠人工手动测定,瓦斯抽采设计仍多依据经验,瓦斯治理效果评价仍多依靠人工开展。

在瓦斯治理的智能化方向如何发展值得我们思考。

[2] 研究目标:

  • 开发煤层瓦斯参数智能辅助测试装备与算法,实现煤层瓦斯含量、瓦斯压力及煤层渗透率的自动化快速准确测定
  • 开发煤层钻孔瓦斯抽采半径数值仿真软件
  • 开发煤层瓦斯抽采钻孔轨迹识别装备
  • 开发煤矿瓦斯治理智慧辅助决策系统

[3] 论文撰写计划:

[4] 专利撰写计划:

[5] 创新创业项目:

  • 待更新

[6] 参与人:

[7] 理想参与人:

  • 学有余力
  • 安全、控制、数学等学科学生优先

研究课题二: 煤与瓦斯气固耦合理论 (2019.8.25更新)

[1] 课题背景:

多孔介质的流固耦合理论是一门较为新兴的力学学科,它涉及到固体力学、渗流力学、油气开采、矿业科学、岩土力学等方面的知识,也被广泛的应用于石油、煤炭、天然气、化工以及广泛的岩土工程行业。煤岩是一种可变性多孔介质,煤岩的变形运动与煤岩内孔隙流体的渗流运动相互影响、相互作用就构成了含瓦斯煤岩固气耦合问题。

与常规储层不同,煤体作为一种非常规地质体其既是瓦斯或煤层气的母质,同时也是其储存介质。一般认为,煤体为双重孔隙介质,由煤基质和基质间裂隙组成,其中煤基质内又包含孔隙和煤体骨架。通常瓦斯以游离态存在于煤体裂隙内,以吸附态形式存储在基质孔隙内,并且吸附态瓦斯占比可超过90%。从双孔介质角度来看,煤体内部的解吸瓦斯流按运移空间可分为解吸附、扩散、渗流的过程。在煤的基质内部存在大量孔隙,因此在基质内部瓦斯为以浓度梯度为主导的扩散;而在煤的基质之间则存在着大量的裂隙,因此在基质之间瓦斯以压力梯度为主导的渗流。在煤层气地面井开发或煤矿井下钻孔瓦斯抽采过程中,煤层内的瓦斯通常会经历解吸、扩散和渗流三个过程。每一个过程的发生均会受到诸如地应力、温度、孔隙压力等多种因素的影响,且各因素之间相互耦合共同控制瓦斯在煤体内的运移。

煤层气排采过程中,随着储层压力的降低,裂隙内的游离瓦斯逐渐流向钻井,导致裂隙内瓦斯压力降低,促进煤基质内吸附瓦斯的解吸。基质内瓦斯压力的降低又会引起基质收缩,从而提高煤体渗透率;但同时储层压力的降低又会引起有效应力的增加,对渗透率产生负效应。同时,煤基质内瓦斯的解吸是一个吸热过程,随着瓦斯的解吸,煤体温度逐渐降低,抑制瓦斯的进一步解吸,但同时温度的降低又会引起基质收缩,提高煤体渗透率。此外,Klinkenberg 效应、非达西流动、煤体蠕变作用等都会对煤层瓦斯流动及煤层气抽采产生影响。

多物理场耦合问题涉及非常规地质资源开发的方方面面,在涉及相关问题时需根据实际情况具体分析,构建相应的多场耦合模型,为现场工程实践提供理论支撑。同时,计算机仿真模拟软件近些年来在工程中得到了广泛应用,数值模拟能实现复杂的过程,成本低廉,能得到大量可分析数据,在监测、设备开发、优化、效果预测方面体现了重要价值,而数值仿真模拟的实现离不开数学方程的建立。因此,有必要研究煤与瓦斯气固耦合理论及数学模型。

[2] 研究目标:

  • 系统梳理煤层中的瓦斯运移理论(扩散、渗流、气固耦合)
  • 构建煤与瓦斯气固耦合模型(为研究课题一提供理论基础)

[3] 论文撰写计划:

[4] 专利撰写计划:

  • 待更新

[5] 创新创业项目:

  • 待更新

[6] 参与人:

  • 褚鹏、王婧孙晓慧(点击姓名查看参与人简介)

[7] 理想参与人:

  • 学有余力
  • 安全、力学、数学等学科学生优先

研究课题三:煤的力学、损伤与渗透特性

[1] 课题背景:

无论是煤矿开采过程中的应力演化,还是保护层开采效果评估,亦或是瓦斯钻孔抽采卸压规律研究,都与煤岩体的力学、损伤和渗透特性密切相关。引述《煤力学》中的定义,本课题专注于从防治煤矿瓦斯灾害和瓦斯资源化利用的角度出发,研究含瓦斯煤在地下采矿应力场环境中的力学性能的理论和应用。

[2] 研究目标:

  • 力学理论在矿井瓦斯防治中的应用
  • 煤体力学模型优化
  • 含瓦斯煤力学特性、渗透性、瓦斯流动研究

[3] 论文撰写计划:

[4] 专利撰写计划:

[5] 创新创业项目:

  • 待更新

[6] 参与人:

[7] 理想参与人:

  • 学有余力
  • 安全、采矿、力学等学科学生优先

研究课题四: 煤的孔隙与吸附解吸特性

[1] 课题背景:

  • 待更新

[2] 研究目标:

  • 待更新

[3] 论文撰写计划:

  • 待更新

[4] 专利撰写计划:

  • 待更新

[5] 创新创业项目:

  • 待更新

[6] 参与人:

  • 刘嫄嫄、黄文怡、高雨菲、林惜弟 (点击姓名查看参与人简介)

[7] 理想参与人:

  • 学有余力
  • 安全、化学、地质、数学等学科学生优先

团队分组情况(2019.11.23更新)

序号课题组长组员备注
1研究课题一夏磊安浩学,才越,袁满(待定)点击联系组长
2研究课题二褚鹏王婧,孙晓慧,高雨菲,李中华(待定)点击联系组长
3研究课题三卢彦飞吕彪,张智超点击联系组长
4研究课题四刘嫄嫄黄文怡,林惜弟点击联系组长