煤體脈動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)場應(yīng)用中取得了更好的效果。為揭示煤層脈動注水的機理，有效提高脈動注水效果，本文以實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，研究煤體脈動注水的滲流規(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)對脈動注水效果的影響。
　　首先，以脈動注水的發(fā)生方式為切入點，指出脈動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注水滲流模型，在 FLUENT軟件上進行二次開發(fā)，得到脈動注水過程的壓力動態(tài)響應(yīng)曲線，注水可以分為四個階段：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，注水過程逐漸從非穩(wěn)態(tài)兩相滲流過程向穩(wěn)態(tài)單相滲流過程轉(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注水的機理，脈動注水優(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，增強水對煤體的瞬時沖擊破壞作用。脈動注水過程中瓦斯和水的運移規(guī)律復(fù)雜，整體呈現(xiàn)出水對瓦斯的驅(qū)替作用，裂隙的存在對其運移規(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。確定了脈動注水的峰值壓力和壓力脈動率作為脈動注水效果的考察指標，在1-10Hz范圍內(nèi)，脈動注水的峰值壓力及脈動率下降明顯；平均注水速率從0.00002m/s增加至0.00014m/s的時候，縮短了注水時間，脈動注水的峰值壓力和壓力脈動率大幅增加；瓦斯

4、壓力的增加主要影響壓力脈動率，煤層瓦斯壓力從0.2MPa增加至1.5MPa時，脈動率從0.50降至0.20。
　　最后，實驗研究了應(yīng)力對脈動注水過程的影響，煤體的裂隙體積受應(yīng)力狀態(tài)影響較大，在封閉或開放的煤體內(nèi)注水，應(yīng)力的增加會降低裂隙的體積，脈動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)化脈動注水參數(shù)的角度上，提出了適當降低脈動注水頻率；在設(shè)備