瓦斯抽采钻孔封孔水泥砂浆黏度时变性扩散模型
发布时间：2021-07-14 05:42
为准确预测瓦斯抽采钻孔水泥砂浆注浆封孔浆液扩散特征,根据注浆流固耦合理论,考虑浆液黏度时变性对水泥砂浆扩散的影响以及应力对煤体形变的影响,提出了瓦斯抽采钻孔水泥砂浆封孔黏度时变性扩散模型,采用COMSOL数值模拟研究了不同注浆压力下的浆液扩散分布特征与考虑浆液黏度时变性对注浆扩散范围结果的影响,并在新义煤矿开展现场试验验证。研究结果表明:①瓦斯抽采钻孔封孔水泥砂浆黏度时变性扩散模型,综合考虑了浆液黏度时变性以及注浆压力对煤体形变的影响,可以更全面地对注浆时浆液扩散特性进行预测;②水灰比为0.9时,水泥砂浆注浆效果较好,对应的水泥浆黏度随时间增大逐渐增大,呈指数函数关系增长;③浆液黏度时变性对浆液扩散范围有直接影响,考虑浆液黏度时变性较将浆液黏度考虑为常数时浆液扩散范围更小;④通过瓦斯抽采钻孔封孔水泥砂浆黏度时变性扩散模型的现场实际验证效果可知,最优封孔注浆压力为1.4 MPa。研究结果可为进一步优化水泥砂浆注浆封孔方案和提高瓦斯抽采钻孔封孔质量提供理论支撑。
【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水灰比0.9水泥砂浆黏度时变曲线
为确保数值模型与现场条件一致，模型中钻孔直径及钻孔长度选用新义煤矿瓦斯抽采钻孔数据，即钻孔直径为94 mm，钻孔长度为30 m，钻孔1、2、3段长度分别为15、8、7 m。由于巷道中部两侧空间分布及各模拟边界条件、初始值一致，为避免多余的运算，取巷道中部切面为对称面进行数值模拟运算，模型长、宽、高均为100 m，如图2a所示。面ABCD、A"B"C"D"、BB"C"C为煤层侧边界，面ABB"A"、DCC"D"分别为煤层底部及上部边界，面A"AEE"、H"HDD"为煤层侧对称面，弧面G"GHH"为巷道上弧面，面F"FGG"为巷道侧面，面E"EFF"为巷道底面，其中钻孔2为钻孔注浆段，模型边界条件见表1。对采自新义煤矿的煤岩进行煤岩力学与物性参数测定，并根据所测参数设定模拟参数，具体参数设置如下:
对不同注浆压力下的浆液扩散过程进行模拟，并沿平行于x轴方向，过钻孔中部取一截面u，截面4个顶点空间坐标分别为(0,50,0)、(100,50,0)、(100,50,100)和(0,50,100)，为便于进一步分析钻孔周围压力分布情况，对不同时间巷道位置处的压力分布进行分析。由于煤层初始瓦斯压力为0.2MPa，因此选取注浆压力大于0.3 MPa作为浆液扩散压力，模拟结果如图3所示。通过分析不同注浆压力下的浆液扩散效果可知，当注浆压力为0.5 MPa时，浆液沿钻孔轴向呈对称分布，由于注浆压力与扩散压力限值0.3 MPa较为接近，压力梯度难以驱动浆液进一步扩散，因此从10～2 000 s浆液在钻孔周围扩散范围较小，注浆过程中浆液扩散范围差异不大;当注浆压力为1.0 MPa时，浆液扩散范围在0～10 s时较0.5 MPa时有明显增大，随着注浆时间的逐渐增加，浆液扩散范围明显增加，当注浆压力时间增加到1 000 s后，浆液扩散速度减缓，注浆时间增大到2 000 s时，浆液扩散范围较注浆时间为1 000 s时有所增加，但未发现进一步明显扩散;当注浆压力为1.2 MPa以及1.5 MPa时，与注浆压力为1.0 MPa整体规律类似，但浆液扩散范围随着注浆压力的增大而增大。为进一步对浆液扩散范围进行定量分析，以过注浆段2中部，垂直于钻孔方向取一截线(图4)，对注浆时间为50、500、1 000、2 000 s的不同注浆压力下浆液压力分布情况进行提取。
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究[J]. 魏建平,姚邦华,刘勇,王登科,崔鹏飞,姚帅. 煤炭学报. 2020(01)
[2]漏风裂隙内无机固化泡沫浆液扩散特性研究[J]. 王涛,鲁义,施式亮,王刚,晏志宏. 中国安全科学学报. 2019(10)
[3]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[4]矿区岩溶裂隙岩体帷幕截流注浆参数确定研究[J]. 柳昭星,靳德武,尚宏波,石志远,赵春虎,刘基. 煤炭科学技术. 2019(06)
[5]易自燃煤层顺层抽采钻孔封孔参数优化研究[J]. 祁云,齐庆杰,吕有厂,周新华,迟羽淳. 中国安全科学学报. 2019(03)
[6]强触变性水泥基浆液研发及基本性能测定[J]. 袁克阔,王义杰,徐拴海,李建文,刘恺德. 煤炭科学技术. 2018(07)
[7]煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构[J]. 齐庆新,潘一山,舒龙勇,李宏艳,姜德义,赵善坤,邹银辉,潘俊锋,王魁军,李海涛. 煤炭学报. 2018(07)
[8]铝酸盐水泥掺入量对瓦斯抽采封孔注浆材料性能影响[J]. 赵耀耀,孙玉宁,王志明. 煤炭科学技术. 2018(04)
[9]离层充填开采注浆液运移通道与溶质扩散特征研究[J]. 樊振丽. 煤炭科学技术. 2017(07)
[10]基于PD密封材料的瓦斯测压钻孔封孔新技术[J]. 汪开旺. 煤炭科学技术. 2017(05)
本文编号：3283531
【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
水灰比0.9水泥砂浆黏度时变曲线
为确保数值模型与现场条件一致，模型中钻孔直径及钻孔长度选用新义煤矿瓦斯抽采钻孔数据，即钻孔直径为94 mm，钻孔长度为30 m，钻孔1、2、3段长度分别为15、8、7 m。由于巷道中部两侧空间分布及各模拟边界条件、初始值一致，为避免多余的运算，取巷道中部切面为对称面进行数值模拟运算，模型长、宽、高均为100 m，如图2a所示。面ABCD、A"B"C"D"、BB"C"C为煤层侧边界，面ABB"A"、DCC"D"分别为煤层底部及上部边界，面A"AEE"、H"HDD"为煤层侧对称面，弧面G"GHH"为巷道上弧面，面F"FGG"为巷道侧面，面E"EFF"为巷道底面，其中钻孔2为钻孔注浆段，模型边界条件见表1。对采自新义煤矿的煤岩进行煤岩力学与物性参数测定，并根据所测参数设定模拟参数，具体参数设置如下:
对不同注浆压力下的浆液扩散过程进行模拟，并沿平行于x轴方向，过钻孔中部取一截面u，截面4个顶点空间坐标分别为(0,50,0)、(100,50,0)、(100,50,100)和(0,50,100)，为便于进一步分析钻孔周围压力分布情况，对不同时间巷道位置处的压力分布进行分析。由于煤层初始瓦斯压力为0.2MPa，因此选取注浆压力大于0.3 MPa作为浆液扩散压力，模拟结果如图3所示。通过分析不同注浆压力下的浆液扩散效果可知，当注浆压力为0.5 MPa时，浆液沿钻孔轴向呈对称分布，由于注浆压力与扩散压力限值0.3 MPa较为接近，压力梯度难以驱动浆液进一步扩散，因此从10～2 000 s浆液在钻孔周围扩散范围较小，注浆过程中浆液扩散范围差异不大;当注浆压力为1.0 MPa时，浆液扩散范围在0～10 s时较0.5 MPa时有明显增大，随着注浆时间的逐渐增加，浆液扩散范围明显增加，当注浆压力时间增加到1 000 s后，浆液扩散速度减缓，注浆时间增大到2 000 s时，浆液扩散范围较注浆时间为1 000 s时有所增加，但未发现进一步明显扩散;当注浆压力为1.2 MPa以及1.5 MPa时，与注浆压力为1.0 MPa整体规律类似，但浆液扩散范围随着注浆压力的增大而增大。为进一步对浆液扩散范围进行定量分析，以过注浆段2中部，垂直于钻孔方向取一截线(图4)，对注浆时间为50、500、1 000、2 000 s的不同注浆压力下浆液压力分布情况进行提取。
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究[J]. 魏建平,姚邦华,刘勇,王登科,崔鹏飞,姚帅. 煤炭学报. 2020(01)
[2]漏风裂隙内无机固化泡沫浆液扩散特性研究[J]. 王涛,鲁义,施式亮,王刚,晏志宏. 中国安全科学学报. 2019(10)
[3]2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J]. 谢和平,吴立新,郑德志. 煤炭学报. 2019(07)
[4]矿区岩溶裂隙岩体帷幕截流注浆参数确定研究[J]. 柳昭星,靳德武,尚宏波,石志远,赵春虎,刘基. 煤炭科学技术. 2019(06)
[5]易自燃煤层顺层抽采钻孔封孔参数优化研究[J]. 祁云,齐庆杰,吕有厂,周新华,迟羽淳. 中国安全科学学报. 2019(03)
[6]强触变性水泥基浆液研发及基本性能测定[J]. 袁克阔,王义杰,徐拴海,李建文,刘恺德. 煤炭科学技术. 2018(07)
[7]煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构[J]. 齐庆新,潘一山,舒龙勇,李宏艳,姜德义,赵善坤,邹银辉,潘俊锋,王魁军,李海涛. 煤炭学报. 2018(07)
[8]铝酸盐水泥掺入量对瓦斯抽采封孔注浆材料性能影响[J]. 赵耀耀,孙玉宁,王志明. 煤炭科学技术. 2018(04)
[9]离层充填开采注浆液运移通道与溶质扩散特征研究[J]. 樊振丽. 煤炭科学技术. 2017(07)
[10]基于PD密封材料的瓦斯测压钻孔封孔新技术[J]. 汪开旺. 煤炭科学技术. 2017(05)
本文编号：3283531
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3283531.html
