煤層注水水壓、孔隙率、水分分布及變化規(guī)律模擬研究.pdf

1、煤層注水在煤礦安全和生產(chǎn)中具有重要意義，特別是在瓦斯治理、粉塵防治、沖擊地壓預(yù)防、軟化煤體等方面具有重要作用。因此在煤體注水之后對(duì)煤體結(jié)構(gòu)（如孔隙率、滲透率）的變化和分布進(jìn)行相關(guān)研究是非常必要的;煤體注水的另外一個(gè)重要現(xiàn)象是注水后隨之出現(xiàn)水分的增加，這不僅對(duì)煤體的結(jié)構(gòu)等具有重要影響，同時(shí)還可以控制瓦斯和粉塵等，所以以上幾個(gè)方面的研究尤為重要，開(kāi)展注水之后煤體結(jié)構(gòu)及濕潤(rùn)范圍變化規(guī)律的研究具有重要意義。
　　采用comsol4.3b2

2、D進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，通過(guò)相關(guān)理論分析及研究結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所得相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)，建立了煤體注水的二維數(shù)值模擬模型，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)合后處理計(jì)算了注水壓力4～14 MPa壓力、注水時(shí)間0～6 d注水后鉆孔周?chē)后w的水壓分布、孔隙率分布、水分分布及其變化規(guī)律，通過(guò)一系列研究得出以下主要結(jié)論:
　　(1)注水后鉆孔周?chē)乃畨汉涂紫堵?、滲透率呈現(xiàn)出圓形分布，水分分布具有橢圓形等值線分布;水壓、孔隙率和滲透率以及水分分布都符合Gauss2D分布。<

3、br>　　(2)注水過(guò)程中鉆孔周?chē)后w的水壓、孔隙率和水分都隨著注水時(shí)間和注水壓力的升高逐漸增大并向更遠(yuǎn)處迅速擴(kuò)展，水分分布等值線在x軸方向發(fā)展的趨勢(shì)更為明顯;水分分布在縱向和橫向上具有明顯的各向異性，其分布在橫向和縱向的比例為1.64174。
　　(3)水壓分布等值線、孔隙率分布等值線與水分分布等值線的中心始終保持為鉆孔的中心。鉆孔周?chē)后w的孔隙率隨著注水時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)水分增加到一定程度時(shí)煤體的孔隙率開(kāi)始變大，隨著水分的增加，孔

4、隙率也逐漸增加，當(dāng)煤體水分達(dá)到一定值時(shí)會(huì)出現(xiàn)煤體孔隙率升高速率加快的拐點(diǎn)，與鉆孔的距離越遠(yuǎn)孔隙率升高的水分拐點(diǎn)越低，拐點(diǎn)的最低含水率為2.5％;注水后煤體孔隙率與注水之后該處的水壓之間具有直線關(guān)系，注水壓力越大，直線的截距越小，斜率越大。
　　(4)注水過(guò)程中存在一個(gè)關(guān)鍵的迅速突破的高壓值，當(dāng)注水壓力大于該壓力時(shí)注水效果才能更加明顯，針對(duì)本文的研究范圍注水壓力10 MPa為突破壓力。
　　(5)根據(jù)注水的數(shù)值模擬及后處理所得