煤层注水水压、孔隙率、水分分布及变化规律模拟研究

发布时间：2019-10-22 17:49

【摘要】：煤层注水在煤矿安全和生产中具有重要意义,特别是在瓦斯治理、粉尘防治、冲击地压预防、软化煤体等方面具有重要作用。因此在煤体注水之后对煤体结构(如孔隙率、渗透率)的变化和分布进行相关研究是非常必要的；煤体注水的另外一个重要现象是注水后随之出现水分的增加,这不仅对煤体的结构等具有重要影响,同时还可以控制瓦斯和粉尘等,所以以上几个方面的研究尤为重要,开展注水之后煤体结构及湿润范围变化规律的研究具有重要意义。采用comso14.3b 2D进行了数值模拟计算,通过相关理论分析及研究结合现场测试所得相关基础参数,建立了煤体注水的二维数值模拟模型,通过数值模拟结合后处理计算了注水压力4-14 MPa压力、注水时间0-6 d注水后钻孔周围煤体的水压分布、孔隙率分布、水分分布及其变化规律,通过一系列研究得出以下主要结论：(1)注水后钻孔周围的水压和孔隙率、渗透率呈现出圆形分布,水分分布具有椭圆形等值线分布；水压、孔隙率和渗透率以及水分分布都符合G auss2D 分布。(2)注水过程中钻孔周围煤体的水压、孔隙率和水分都随着注水时间和注水压力的升高逐渐增大并向更远处迅速扩展,水分分布等值线在x轴方向发展的趋势更为明显；水分分布在纵向和横向上具有明显的各向异性,其分布在横向和纵向的比例为1.64174。(3)水压分布等值线、孔隙率分布等值线与水分分布等值线的中心始终保持为钻孔的中心。钻孔周围煤体的孔隙率随着注水时间的延长,当水分增加到一定程度时煤体的孔隙率开始变大,随着水分的增加,孔隙率也逐渐增加,当煤体水分达到一定值时会出现煤体孔隙率升高速率加快的拐点,与钻孔的距离越远孔隙率升高的水分拐点越低,拐点的最低含水率为2.5%；注水后煤体孔隙率与注水之后该处的水压之间具有直线关系,注水压力越大,直线的截距越小,斜率越大。(4)注水过程中存在一个关键的迅速突破的高压值,当注水压力大于该压力时注水效果才能更加明显,针对本文的研究范围注水压力10 MPa为突破压力。(5)根据注水的数值模拟及后处理所得数据,经过逐步回归、指数回归、多项式回归、直线回归等方法建立了注水后钻孔周围煤体水压分布、孔隙率分布、水分分布等关于注水压力和时间的在不同位置处的分布函数。以上研究结果表明,依据合适的理论和物理方程,建立多物理场耦合的数值模拟模型对煤层注水进行研究不仅能较大程度降低工作量,还有利于开展多因素综合研究,对注水问题的研究更加充分,有利于更加全面的了解煤层注水的效果。对指导煤体注水的工程设计和考察能否达到预期效果具有指导意义。
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图２．２几何框架的构造逡逑Ｆｉｇ．邋２．２逦Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋Ｇｅｏｍｅ化ｉｃ逡逑图２．２显示了注水模型的几何框架的构造，为了方便研究本文采用的是单孔注水，图逡逑形的中屯、极为注水钻孔，注水钻孔的半径为２５邋ｍｍ，研巧区域宽２０ｍ，高１２邋ｍ。逡逑４邋＜ｉ？邋＇＾＇ＫＺＪＳｍＺ逦■邋ｉｉｓｉｍｐｆｃ邋ｔｉｏｏｖ逦：。，Ａ，逦＂邋邋逦逦＇．邋’邋’’邋邋邋邋＇邋Ｉ邋＇Ｉ逡逑４邋８邋生＊定义逦．逦邋．．逦Ｖｉ逡逑ｈ邋？＊＊逦ｉｌ逦一；感，＇心．坏逦，，句逦ｖ＇逦椝逡逑？由逦；ｊ邋ｒ进邋逦？？……——Ｉ邋＇邋＇邋！、？逦Ｕ逦．邋＞ｆ．邋■逦．，．．．：离逡逑＞邋ｒ邋ＳＸ逦Ｕａ逦？逦‘１逦■：舅逡逑：，／、几ｉ｜邋ｉＪＯ逦？逦．逦；逦？逦．＇；弓 逡逑；？？行Ｂ逦：！邋ｉ？逦置达！逦ｒ逦ｇ逡逑＇８３0，＂，定＊切９逦：ｉ邋Ｉ逦专逦ｉ邋？ｉ逦．．．．．逦？逡逑ｒ■＇安《巧１＊｜？１逦ｒ逦逦逦邋■邋■邋＇邋■邋？邋邋逦逦逦＾逡逑重巧》１逦１邋逦逦逡逑三巧１＃~彛卞危海唬尽觥觯浚�！？逦—’逦－邋：：Ｊ逡逑云置为’１＇逦逦邋ｊ逦■邋ｉ逡逑９邋｛�

本文编号：2551738