煤體脈動(dòng)注水滲流特征及主要影響因素研究.pdf

1、煤層注水是防治煤礦粉塵、自然發(fā)火等災(zāi)害的主要技術(shù)措施，得到了廣泛應(yīng)用。煤層脈動(dòng)注水作為一種新型煤層注水方式，與傳統(tǒng)的恒流量注水的方式相比在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了更好的效果。為揭示煤層脈動(dòng)注水的機(jī)理，有效提高脈動(dòng)注水效果，本文以實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，研究煤體脈動(dòng)注水的滲流規(guī)律，在此基礎(chǔ)上研究了不同注水參數(shù)及煤體物理參數(shù)對(duì)脈動(dòng)注水效果的影響。
　　首先，以脈動(dòng)注水的發(fā)生方式為切入點(diǎn)，指出脈動(dòng)注水與普通注水的本質(zhì)區(qū)別在于注水是以周期變化

2、的流量而非恒定流量。建立了含瓦斯煤體脈動(dòng)注水滲流模型，在 FLUENT軟件上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，得到脈動(dòng)注水過(guò)程的壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，注水可以分為四個(gè)階段：壓力平穩(wěn)階段、緩慢升壓階段、快速升壓階段和壓力穩(wěn)定階段，注水過(guò)程逐漸從非穩(wěn)態(tài)兩相滲流過(guò)程向穩(wěn)態(tài)單相滲流過(guò)程轉(zhuǎn)變。
　　其次，在數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，從壓力及能量的角度分析了脈動(dòng)注水的機(jī)理，脈動(dòng)注水優(yōu)于常規(guī)注水主要體現(xiàn)在在相同注水量條件下，脈動(dòng)注水可以產(chǎn)生更高的峰值壓力，從能量的角度上，

3、是將分散的能量集中化，增強(qiáng)水對(duì)煤體的瞬時(shí)沖擊破壞作用。脈動(dòng)注水過(guò)程中瓦斯和水的運(yùn)移規(guī)律復(fù)雜，整體呈現(xiàn)出水對(duì)瓦斯的驅(qū)替作用，裂隙的存在對(duì)其運(yùn)移規(guī)律有明顯的影響，裂隙環(huán)繞區(qū)域出現(xiàn)瓦斯富集的現(xiàn)象。確定了脈動(dòng)注水的峰值壓力和壓力脈動(dòng)率作為脈動(dòng)注水效果的考察指標(biāo)，在1-10Hz范圍內(nèi)，脈動(dòng)注水的峰值壓力及脈動(dòng)率下降明顯；平均注水速率從0.00002m/s增加至0.00014m/s的時(shí)候，縮短了注水時(shí)間，脈動(dòng)注水的峰值壓力和壓力脈動(dòng)率大幅增加；瓦斯

4、壓力的增加主要影響壓力脈動(dòng)率，煤層瓦斯壓力從0.2MPa增加至1.5MPa時(shí)，脈動(dòng)率從0.50降至0.20。
　　最后，實(shí)驗(yàn)研究了應(yīng)力對(duì)脈動(dòng)注水過(guò)程的影響，煤體的裂隙體積受應(yīng)力狀態(tài)影響較大，在封閉或開(kāi)放的煤體內(nèi)注水，應(yīng)力的增加會(huì)降低裂隙的體積，脈動(dòng)壓力波衰減作用明顯，注水完成之后的含水率也隨之降低。注水結(jié)束后的煤體出現(xiàn)應(yīng)力降低的現(xiàn)象，低于注水之前煤體的應(yīng)力。
　　從優(yōu)化脈動(dòng)注水參數(shù)的角度上，提出了適當(dāng)降低脈動(dòng)注水頻率；在設(shè)備