基于断层构造-煤体裂隙特征的分区式煤层注水数值模拟研究

发布时间：2022-10-21 17:42

　　煤层注水作为一种广泛使用的润湿技术,它因有效地包裹了煤体的每一个细小部分,进而改变煤体的物理力学性质,最终起到了很好的降尘作用。同时,水分进入煤体后,使煤体结构变得松散和容易割落,降低了冲击地压及煤震造成矿井垮塌的风险。然而,煤层注水作为一项灾害综合治理技术,缺少全面系统的研究。特别是在工程预案的制定过程中,无法量化分析断层与煤体裂隙对注水效果的影响,导致中国煤矿的煤层注水效果普遍较差。因此,本文在结合矿井规程图并参考大量三轴压缩实验的基础上,将煤矿的复杂地质构造拆解为基本断层与裂隙,并逐一分析其对注水效果的影响。同时,借助MATLAB编程建立了包含大量采动裂隙的煤体模型,以精准仿真矿压动压区煤体的注水效果。针对矿井实际情况设计了分区式注水方案,并进行了注水效果的模拟分析,得到了渗流压力、速度与水分增量的量化分布及变化结果。研究结果表明:断层发生转折、交叉及贯穿注水孔处,水分增量明显高于其他区域。相对于无预制断层煤体,在120 h内,15 MPa压力下,预制平面断层煤体增加的82.78 m3单孔注水量,预制曲面断层煤体增加的70.94 m3单孔注水量均集中于此;水分增量场与渗流压力场、... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容与技术路线
2 煤层注水基本理论
    2.1 煤层注水润湿机理
    2.2 多孔介质渗流理论
    2.3 流体层流基本理论
    2.4 本章小结
3 断层构造及采动裂隙预设机理
    3.1 煤体断层平曲面分解组合
    3.2 采动裂隙预设机理
    3.3 本章小结
4 煤层注水多物理场耦合渗流模拟分析
    4.1 矿压静压区注水数值模拟
    4.2 矿压动压区注水数值模拟
    4.3 本章小结
5 工程应用
    5.1 主要研究矿井概况
    5.2 注水效果
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介及研究生期间学术与学业成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]三维预设原生裂隙下的煤层低压注水数值模拟研究[J]. 徐茂,周刚,邱晗.  山东科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨[J]. 张国新.  水利学报. 2017(06)
[3]中国煤矿安全生产存在的问题及应对措施[J]. 王华民.  能源与节能. 2016(11)
[4]煤层顶板砂岩裂隙水渗流场数值模拟研究[J]. 高俊,宋马可.  地下水. 2016(04)
[5]基于预设随机裂隙的煤层注水数值模拟研究[J]. 周刚,徐茂,邱晗.  山东科技大学学报(自然科学版). 2016(02)
[6]采动煤岩渗透率演化模型及数值模拟[J]. 张春会,赵莺菲,王来贵,于永江.  岩土力学. 2015(08)
[7]煤的清洁利用是调整能源结构的重点[J]. 张莹婷.  工业炉. 2014(04)
[8]水分对煤体瓦斯吸附及径向渗流影响试验研究[J]. 刘震,李增华,杨永良,季淮君.  岩石力学与工程学报. 2014(03)
[9]承压水体上开采底板岩层破断及渗流特征[J]. 王金安,魏现昊,陈绍杰.  中国矿业大学学报. 2012(04)
[10]高压注水煤层力学特性演化数值模拟与试验研究[J]. 张春华,刘泽功,王佰顺,李连崇,祝兴虎.  岩石力学与工程学报. 2009(S2)

博士论文
[1]含瓦斯煤体损伤破坏特征及瓦斯运移规律研究[D]. 孟磊.中国矿业大学（北京） 2013
[2]深部开采上覆岩层中采动裂隙网络演化规律研究[D]. 王志国.中国矿业大学（北京） 2011

硕士论文
[1]煤层注水渗流特性研究及数值模拟分析[D]. 王志生.安徽理工大学 2011



本文编号：3696093