基于Flash技术的中学物理课件开发

随着信息技术的发展，多媒体技术在物理教学中得到了广泛的应用．Flash作为一种新型的网络媒体开发丁具．受到了越来越多的教师的欢迎，利用Flash技术制作中学物理课件已成为一种有效的教学手段。

浅谈工程力学理论在环境科学中的应用与发展

工程力学是力学的一个分支，它主要涉及机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各种工程与力学结合的领域。从工程上的应用来说，工程力学它包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，结构力学，材料力学，土力学，岩体力学等。

煤系页岩水力压裂声发射时频特征试验研究

为深入研究煤系页岩的水力压裂过程及特征,以阜新孙家湾矿煤系页岩为研究对象,首先采用三轴水力压裂模拟装置进行实验室压裂模拟试验;然后利用短时傅里叶变换(STFT)对所得原始声发射信号进行时频转换,得到时频参数与裂缝起裂、扩展间关系规律。研究结果表明:幅值变化率可以作为判断起裂阶段与扩展阶段的指标,起裂阶段幅值变化率随水平地应力差增大而增大,扩展阶段幅值变化率随水平地应力差增大而先增大后减小;水平地应力差为0、0.2和0.4 MPa时,起裂阶段幅值变化率分别是扩展阶段的2.88、3.14和5.36倍;裂缝起裂与扩展阶段主频大小与水平地应力差均成线性递减关系;进入扩展阶段,主频增加至起裂阶段的2、1.96和1.99倍。

水平地应力差对周期注水应力改造水力压裂影响的试验研究

为揭示地应力环境对周期注水应力改造提高压裂效果的影响规律,以黑龙江双鸭山矿区煤系页岩为研究对象,克服煤系页岩非均质性,利用相似比制作型页岩试件,开展了实验室真三轴水力压裂试验。利用声发射技术监测裂缝起裂和扩展特征,通过RA-AF散点分布特征给出了应力改造和压裂阶段主导裂缝类型,分析得到了周期注水应力改造下水平地应力差对裂缝特征以及裂缝起裂、扩展的影响规律,提出了起裂阶段与扩展阶段声发射判断指标。试验结果表明:应力改造阶段裂缝起裂与扩展以微裂缝为主,剪切型微裂缝占比波动上升,第2个周期裂缝主频范围最大,裂缝发育最为活跃;压裂阶段裂缝起裂与扩展以宏观裂缝为主,张拉型裂缝占比呈增加趋势,当水平地应力差与注水压力接近2.0MPa时,张拉型裂缝占比最大,分布范围最广,压裂效果最显著。另外,本文提出了裂缝起裂与扩展阶段声发射判断指标为平均声发射能率k。k降幅在37.74%以上时,裂缝由起裂阶段进入扩展阶段。周期注水应力改造可以减小水平地应力差对裂缝扩展的约束能力,促进微裂缝大量发育、沟通天然裂缝形成缝网,从而提高页岩气开采率。

考虑有效应力的煤与瓦斯突出过程分析

为深入研究煤与瓦斯突出过程,通过分析揭煤工作面前方原始应力区、应力集中区及卸压区应力状态,推导出不同分区有效应力关系理论表达式;以PFC3D与FLAC3D程序为平台,用数值模拟方法验证揭煤工作面前方不同分区有效应力理论公式的正确性。结果表明:揭煤工作面前方不同分区有效应力理论值与模拟结果吻合较好,与至揭煤面距离成三次多项式关系;煤与瓦斯突出过程中,突出区域先急剧扩大后平稳增长,且突出区域呈"口小腔大"孔洞形态;煤岩裂隙扩展过程分为3个阶段,每阶段裂隙数量增长率均呈先增后减趋势。

考虑吸附膨胀和滤失附加应力的井壁应力模型

页岩气吸附膨胀作用和滤失附加应力是影响煤系页岩储层水力压裂后水平井应力分布重要因素,不可忽略。考虑页岩气吸附膨胀作用和滤失附加应力,基于各向异性材料理论,建立了煤系页岩横观各向同性储层水平井井壁应力模型,分析了煤系页岩储层水平井井壁应力分布特征,考察了井筒方位角对井壁周向应力分布影响,得到了有效应力、地应力和各向异性程度对井壁起裂压力的影响规律。研究表明:井壁周向应力近似椭圆形分布,拉应力与压应力同时存在,拉应力区有效应力对井壁周向应力影响较大,方位角为90°和270°时最大,30°、150°、210°和330°时无明显影响,有效应力作用下最大井壁周向应力随井筒方位角增大近似线性增加,增加程度先降后增;吸附膨胀作用使井壁起裂压力降低,不利于井壁稳定性,高孔隙压力下吸附膨胀作用对井壁起裂压力影响更为明显;起裂压力随各向异性系数增大而减小,两者呈二次函数关系,各向异性系数越大,煤系页岩层理及其基质强度越低,天然裂缝越发育,越不利于井壁稳定性,井壁起裂压力随侧压系数增大而减小,两者呈线性递减关系。研究成果为煤系页岩气有效开发提供了科学参考。

有效应力对石门揭煤突出影响分析和试验研究

石门揭煤突出是我国煤矿突出强度最大、破坏最为严重的动力灾害。考虑深部开采条件,引入有效应力,应用折叠突变模型推导得到临界有效应力与揭煤面面积间关系表达式,给出不同埋深最大揭煤面面积,分析临界有效应力与揭煤面面积关系规律。以阜新孙家湾煤矿埋深1 100 m突出煤层为研究对象,选用型煤试件,利用自主研制的三轴突出模拟仪进行石门揭煤突出模拟试验。期间对型煤试件施加轴压、围压和孔隙压,模拟突出煤层所处应力环境。改变突出弱面面积(30.19,34.21,38.48 cm2)模拟石门揭煤面面积对突出影响。结果表明:临界有效应力与揭煤面面积间呈递增关系,理论值与试验值增加趋势一致,验证临界有效应力公式有效性;临界有效应力、揭煤面面积是影响石门揭煤突出强度主要因素;突出区域煤粉分布具有波动特性,随临界有效应力和揭煤面面积增加,揭煤处附近突出能量增大,突出强度增加。所得结论对预防石门揭煤突出有重要参考意义。

基于声发射能量分析的周期注水应力改造下煤系页岩裂缝扩展规律试验研究

周期注水作为一种有效开采页岩气的应力改造技术,其对页岩裂缝起裂扩展影响机制尚不明确。基于页岩储层真实三维应力环境,研制了真三轴水力压裂试验系统,以黑龙江双鸭山矿区煤系页岩为研究对象,制作了煤系页岩相似材料模型,进行了先周期注水应力改造、后水力压裂的页岩裂缝扩展模拟试验。利用声发射技术监测了应力改造阶段和压裂阶段裂缝起裂扩展过程,根据声发射能量变化和频谱特征,分析了应力改造和水力压裂阶段的裂缝特征、起裂扩展规律,提出了基于声发射能量分析的水力压裂裂缝由起裂阶段进入扩展阶段的判别指标和判定方法。试验结果表明:应力改造阶段裂缝尺寸以微裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比减少,剪切型裂缝占比增加;压裂阶段裂缝尺寸以宏观裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比增加,剪切型裂缝占比减少,当周期注水压力为1.6MPa时为最优,易形成缝网。提出以平均声发射能量能率k作为裂缝起裂判据,发现当k降幅超过26.87%时,裂缝由起裂阶段进入扩展阶段。周期注水应力改造可以产生微裂缝,沟通水力裂缝降低压裂时裂缝起裂难度,从而提高页岩气开采率。所得结论可为水力压裂应力改造效果评价与裂缝控制提供参考。

预制裂缝对煤系页岩水力压裂效果影响的试验研究

为研究预制裂缝对煤系页岩水力压裂效果的影响,以阜新孙家湾矿煤系页岩为研究对象,采用三轴水力压裂试验设备进行实验室压裂模拟试验。以清水为压裂液,通过对试件施加轴压和围压模拟煤系页岩所处地应力状态。利用声发射仪监测试验过程中的能量释放特征,分析了预制裂缝布置方式和水平应力差对注水压力及声发射能量信号的影响。研究结果表明：采用双预制裂缝180°相位角的布置方式,试件裂缝扩展程度最高,水力压裂效果最佳;模拟试验中,声发射能量曲线峰值之后的平稳阶段与水力裂缝二次扩展阶段相对应;水平应力差增大使最大注水压力降低,加快了预制裂缝的扩展速度,有利于水力裂缝的起裂扩展和二次扩展;水平应力差为0.2MPa时预制裂缝扩展最快,裂缝扩展程度最大,压裂效果较好。

预制裂缝角度对页岩水力压裂效果影响分析

水力压裂是页岩气储层增透开采核心技术,预制裂缝是提高水力压裂效果的主要手段.为了分析不同预制裂缝角度对水力压裂效果影响规律,建立页岩气水平井预制裂缝二维力学模型,考虑水力压裂压强、气藏埋深及侧压比因素,提出了最佳预制裂缝角度区间概念.以水力压裂有效影响面积为指标,确定了最佳预制裂缝角度区间.结果表明:水力压裂压强、侧压比、不同气藏深度下水力压裂有效影响面积均随预制裂缝角度而变化,且变化规律具有一致性.最佳预制裂缝角度区间为55°~65°,水力压裂效果最好;预制裂缝角度为90°时,水力压裂效果次之;预制裂缝角度40°、70°时,对压裂效果影响面积最小,水力压裂效果最差.随水力压裂压强增大,有效压裂影响面积增大,但压裂影响的增加幅度逐渐减小.