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煤层注水中的水渗流规律研究 总被引：9，自引：0，他引：9
煤层注水是煤矿矿井预防冲击地压的首选措施。本文将煤层注水中水渗流问题视为有动界面运动的渗流力学问题,针对厚煤层,薄煤层两种情况,分别用径向流．平面平行流导出了提前注水时间和流量的计算公式,为煤层注水预防冲击地压的工艺参数选择提供了科学依据和理论指导。 相似文献
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大型化综放开采煤层注水方案及参数确定 总被引：3，自引：0，他引：3
强调在大型化综放开采煤层中开设抬高中间巷进行煤层注水，其注水效率高，可一巷多用，防灾效果全面。结合算例，用有限元数值模拟方法模拟了在厚煤层中注水的过程，得到最小湿润范围准则为煤层厚度的1．5倍。分析了综放开采煤层注水工艺参数中注水压力、时间和钻孔间距与湿润范围的动态变化关系，给出了选取合理的注水工艺参数的方法。指出在大型化综放开采进行煤层注水，湿润时间充裕，同时，考虑到压裂并软化煤体，应采用较高的压力注水，此时，钻孔间距可扩大至35m。 相似文献
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应用螺旋钻杆局部预测和评价冲击地压等动力灾害时易发生吸钻、卡钻等钻孔动力现象。为研究具有冲击倾向性煤层注水对吸钻、卡钻的影响规律，通过建立钻杆力学模型分析吸钻、卡钻动力现象产生机理，探明煤体应力和钻屑量是影响吸钻、卡钻发生的重要影响因素，推导了注水煤体的钻杆推力、钻杆扭矩等钻削力学参数计算公式，分析煤层注水后煤体应力重分布规律与钻屑量变化规律，并利用钻孔多参量测试系统，在井下对不同含水率煤体进行钻孔试验，从而研究钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量随煤体含水率的变化规律，并结合现场观测到的吸钻、卡钻动力现象，深入研究冲击倾向性煤层注水对煤体力学性质及吸钻、卡钻力学特性的影响。研究结果表明:吸钻时，钻杆推力值明显降低，卡钻时，钻杆扭矩值急剧升高；钻杆推力、钻杆扭矩均值增大幅度和钻屑量均值减小幅度随煤体含水率增大呈现先增大后减小的变化趋势；吸钻、卡钻点随煤体含水率的增大逐渐向煤壁深部转移；井下钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量的数据变化特征与煤体应力分布具有较好的对应关系。研究结果可为冲击地压预测和井下钻孔安全作业提供一定理论借鉴和工程指导。 相似文献
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水压致裂后煤岩应力分布规律对水压致裂防冲效果起关键性作用。采用理论研究方法得出高压注水压致裂后及卸水后水区和气区的孔隙、瓦斯压力和煤体应力解析解。结果表明,致裂后水区孔隙压力沿径向变化不大,与注水压力接近;气区瓦斯压力沿径向呈递减趋势;在水区外围一定范围内形成瓦斯压力升高区;水区煤体环向应力将会减小,直到变为拉应力;气区煤体径向应力沿径向递减。卸水后水区孔隙压力、煤体径向应力沿径向呈递增趋势;气区煤体径向应力沿径向呈递增趋势,趋近于原始煤体应力;气区煤体环向应力沿径向呈递减趋势;气区孔隙压力沿径向呈递减趋势。这为煤层水压致裂预防冲击地压提供理论基础。 相似文献
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注水煤体应力能 V-f 转化与释放机理研究 总被引：5，自引：0，他引：5
文章分析了在煤层注水湿润后煤体弹性能的转化与消耗过程，给出在湿润状态下能量由体变弹性能向形变弹性能转化进而自耗释放的理论模型。指出在坚硬干燥煤体中，注水后在水压力和毛细力的切割作用下，裂隙大量扩展，丰富了自由裂隙，产生更多的裂隙启发(裂隙切口)，使原来近似的刚性煤体变成由裂隙分割的块体组成的组合体或半组合体。裂隙中水的粘滞作用及水分子吸附力使块体问粘性结合、刚度降低、形变增大。煤体形变弹性能自身消耗释放的形式有3种：产生剪应力导致自由裂隙问错动摩擦；强度降低，使裂隙启发被劈裂成自由裂隙；湿润煤体蠕变性增强，产生整体性移动作功。初步给出能量消耗的量化表达式。通过这一理论，能建立煤层注水湿润度与冲击地压灾害发生的更直接的关系，使进一步量化该关系成为可能。从更深层次解释煤层注水防治冲击地压的机理。 相似文献
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增强煤层注水能力是目前需要亟待解决的问题,而煤层注水难易程度缺乏准确的判别标准。通过考虑煤体孔裂隙渗流分形结构特征和毛细作用下化学润湿特性,建立了煤层注水渗流量模型;基于概率论与数理统计方法基础,构建了集对联系度区间评价体系,划分了煤层注水的难易程度。结果显示：（1）注水效果受孔隙率、孔隙半径、接触角、液体的密度、表面张力、黏滞性系数、重力加速度等渗流结构参数和化学润湿特性等最简参数的影响,体系模型表征了煤体渗流结构和化学润湿特性与渗流量的关系。（2）在组合赋权下,孔隙率权重为0.32,对注水效果贡献较大,最大孔喉半径和接触角的贡献度次之;最小孔喉半径权重为0.17,对注水效果影响最小。（3）煤样X1、X2、X5评价指标值介于（0,0.25）,属于难注水煤层;煤样X3、X4评价指标值介于（0.25,0.50）,属于较难注水煤层。 相似文献
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煤层注水是防治矿井冲击地压灾害发生的最有效的方法。确定煤层渗透特征参数，是合理确定注水工艺参数、有效控制防灾效果的关键，有很强的现实意义。遗传算法是全局收敛的方法，用该算法对煤体导水、贮水等渗透特征参数反演，方法稳定可靠。以观测水分增值与计算结果的相对偏差作为最优搜索目标函数，建立GA反演适应度函数及迭代收敛准则；GA操作采用无条件保护最优个体、种群个体无死亡及每个体只有1次参与交换机会等规则。提出通过对已知参数正向问题结果(水分增值)的反演计算，验证遗传算法精度。算例结果表明，繁衍迭代至第41代时，反演参数结果与理论参数几乎完全拟合。达到最优解，精度符合工程要求。 相似文献
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马国良陈曦范超男葛少成 《岩土力学》2023,(6):1779-1788
为探究煤体在不同水力荷载路径下的微观渗流特征,通过CT三维重建技术,建立了基于煤体微观结构的双介质渗流模型,并设计了恒定速度加载（LP1）、常规脉动加载（LP2）和强加载缓卸载加载（LP3）3种水力荷载路径,进行了在不同循环荷载路径下的煤体注水渗流数值模拟试验。另外利用自行搭建的煤体注水装置,探究了3种荷载路径下的宏观损伤情况。结果表明：联通裂隙占孔裂隙结构的73.49%,是影响煤体渗流的主要因素,而孔径为9～23μm的孔隙是孤立孔隙中的主要部分,数量和体积占比均超过了50%;煤体内部孔裂隙结构和荷载路径对渗流速度和压力的分布特征具有重要影响。LP1沿注入方向平均渗流速度的波动较大,LP3则抑制效果明显,且LP3路径较LP1和LP2随时间有较大跨度。LP3的荷载路径相对于LP1具有脉动荷载的疲劳损伤效果,并且造成的损伤程度强于LP2。该研究可为煤体微观结构研究和煤层注水技术参数优化提供方向。 相似文献
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钻孔布置参数的确定是大直径钻孔卸压防治冲击地压的关键之一。通过岩石力学试验、理论分析、现场实测等方法研究了工作面冲击危险区的卸压指标,提出了能量耗散指数的概念,推导出能量耗散指数与冲击能量指数之间的转换公式,得到以下结论：验证了能量耗散与冲击能量指数之间具有较好的相关性,可以将其作为煤层卸压后残余冲击危险性的评价指标;提出了工作面冲击危险区“分区分级”的防治理念,并以煤层有效卸压应变率分别为1.5‰、1.0‰、0.8‰作为新巨龙矿井高度、中度和一般冲击危险区的卸压标准;推导出了基于能量耗散指数的防冲钻孔参数定量计算方法,并在新巨龙矿井2302S工作面进行应用,取得了良好效果。研究结果对冲击地压防治具有参考意义。 相似文献
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煤层CH4解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率,为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,选取晋城赵庄煤矿煤样,研究不同注气压力对驱替CH4过程的影响以及驱替过程中CH4扩散系数的变化规律,利用自主研发的CO2驱替CH4试验平台,在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO2驱替CH4实验。结果表明:驱替压力越大,达到最大CH4排放量的时间越短,CO2突破时间越快,置换效率越大,驱替效果越好;CH4气体驱替过程分为3个阶段,先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳;在同一注气压力下,瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律,注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时,瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10-5、3.36×10-5、4.62×10-5 cm2/s。从实验结果可知,不同注气压力下,CO2对CH4主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用;每个阶段的CH4气体运移情况不同,根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数,使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO2深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。 相似文献
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针对煤层注水防尘过程中注水压力设置不合理、注水渗流效果差等问题,采用CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法,构建了可以表征注水煤岩体内部孔裂隙结构的三维细观非均匀渗流损伤数值模型。通过对经过CT三维重构的煤岩模型进行不同注水压力的渗流损伤模拟,研究了煤层注水压力对煤样的渗流破坏、渗透率演化及声发射特性变化的影响;并通过对重构的煤岩模型进行缩放处理,研究了煤岩尺寸对煤样的渗流破坏和声发射变化的影响。研究结果表明：在煤样微观裂隙扩展过程中,随着注水压力的递增,煤样损伤单元数、渗流运动的渗流场分布范围、渗透率、声发射数目和能量总体呈上升趋势,局部范围内有波动发生,发生波动的原因是由于渗流运动的渗流场与煤样裂隙内部应力场发生临界反应,致使煤样破坏单元位置发生改变;煤样渗透率由3.82×10−5 μm2上升至0.314 μm2,孔隙率由5.45%上升至48.45%,揭示了煤岩体裂隙总体上随注水压力增大而不断扩展贯通,局部上随注水压力增大而扩展趋势有所下降的影响规律;随着煤样尺寸的增加,注水破坏后煤样的孔隙率呈现先下降后逐渐平稳的趋势,声发射特性变化趋势正好与之相反,表明煤样的尺寸对注水煤岩渗流破坏有显著影响,但当煤样尺寸超过40 mm时,煤样尺寸对注水煤岩渗流破坏的影响趋于稳定。CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法能够有效模拟注水煤岩的裂隙渗流扩展行为。 相似文献
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为揭示空气动力造穴技术在碎软突出煤层中造穴效果的主要工程影响因素及其机制,加大该技术在碎软突出煤层瓦斯治理中的应用力度,通过空气动力造穴机理分析认为,影响造穴效果的工程主控因素为注气压力和返排气体排量;同时采用数值模拟、现场实验和公式推算相结合的方法,对注气压力与返排气体排量的影响机制进行了研究。结果认为:距离井壁越近,储层内的气体压力越大、煤储层结构越容易被空气压力“激动”作用破坏,注气压力在安徽淮南谢一矿实验点的碎软煤层中的有效传导半径为7 m,煤层洞穴半径单次扩大量为0.1 m左右,掏出煤体体积在一定范围内与注气压力、返排气体排量呈正相关关系。 相似文献
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深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流?固耦合试验系统,研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律,分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明:具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型,随瓦斯压力升高,煤岩软化特性越发明显,弹性模量、软化模量均呈阶段性降低,瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力,试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡,冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征,破碎后具有更多盈余能;含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件,瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量,增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性,这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固?流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。 相似文献
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本文针对矿井煤层瓦斯抽放及防突中煤层透气性差,瓦斯抽放率低等问题,按照高压水射流技术应用的原理,设计了应用于抽放钻孔中切割煤体的高压水射击流装置,并在现场对喷嘴和射流器进行了试验。试验结果表明,水射流方向采用+100,喷嘴直径为1.5mm,切割速度为0.2m/min,泵压为30MPa时,水射流切割钻孔中煤体效果最佳;煤层采用高压水射流切割缝后,钻孔预抽瓦斯的抽放率提高了18.8%,抽放时间相对缩短90%以上。因此,该项技术对于煤层瓦斯抽放和防治煤与瓦斯突出具有重要作用。 相似文献
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西南地区晚二叠世龙潭组煤层气勘探开发取得较好的成效,该层位弱含水性制约着煤层气的排采。为揭示多煤层合采条件下煤储层的压降特征,以平面径向渗流理论为指导,利用松藻矿区Q1井地质工程数据,基于井底流压、套压、日产水量、日产气量数据的综合分析,建立了纵向上不同储层的井底流压数学模型,并分析不同储层的压降特征。研究表明:M6、M7、M8煤层的初始产气时间分别为45d、162d、217d;储层压力和渗透率控制储层供液能力,导致压降效果随层位的降低而降低;储层临界解吸压力相差较大（4.07 MPa）和日产水量低（0.23 m3）影响多煤层的合采效果。加强选层综合研究、产水特征分析和注水时机研究,开展递进排采相关工艺设备研发和工程探索是弱含水煤层群合采的重要工作方向。 相似文献