為準確預(yù)測瓦斯抽采鉆孔水泥砂漿注漿封孔漿液擴散特征,根據(jù)注漿流固耦合理論,考慮漿液黏度時變性對水泥砂漿擴散的影響以及應(yīng)力對煤體形變的影響,提出了瓦斯抽采鉆孔水泥砂漿封孔黏度時變性擴散模型,采用COMSOL數(shù)值模擬研究了不同注漿壓力下的漿液擴散分布特征與考慮漿液黏度時變性對注漿擴散范圍結(jié)果的影響,并在新義煤礦開展現(xiàn)場試驗驗證。研究結(jié)果表明:①瓦斯抽采鉆孔封孔水泥砂漿黏度時變性擴散模型,綜合考慮了漿液黏度時變性以及注漿壓力對煤體形變的影響,可以更全面地對注漿時漿液擴散特性進行預(yù)測;②水灰比為0.9時,水泥砂漿注漿效果較好,對應(yīng)的水泥漿黏度隨時間增大逐漸增大,呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系增長;③漿液黏度時變性對漿液擴散范圍有直接影響,考慮漿液黏度時變性較將漿液黏度考慮為常數(shù)時漿液擴散范圍更小;④通過瓦斯抽采鉆孔封孔水泥砂漿黏度時變性擴散模型的現(xiàn)場實際驗證效果可知,最優(yōu)封孔注漿壓力為1.4 MPa。研究結(jié)果可為進一步優(yōu)化水泥砂漿注漿封孔方案和提高瓦斯抽采鉆孔封孔質(zhì)量提供理論支撐。 

【文章來源】：煤炭科學技術(shù). 2020,48(10)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

水灰比0.9水泥砂漿黏度時變曲線

為確保數(shù)值模型與現(xiàn)場條件一致，模型中鉆孔直徑及鉆孔長度選用新義煤礦瓦斯抽采鉆孔數(shù)據(jù)，即鉆孔直徑為94 mm，鉆孔長度為30 m，鉆孔1、2、3段長度分別為15、8、7 m。由于巷道中部兩側(cè)空間分布及各模擬邊界條件、初始值一致，為避免多余的運算，取巷道中部切面為對稱面進行數(shù)值模擬運算，模型長、寬、高均為100 m，如圖2a所示。面ABCD、A"B"C"D"、BB"C"C為煤層側(cè)邊界，面ABB"A"、DCC"D"分別為煤層底部及上部邊界，面A"AEE"、H"HDD"為煤層側(cè)對稱面，弧面G"GHH"為巷道上弧面，面F"FGG"為巷道側(cè)面，面E"EFF"為巷道底面，其中鉆孔2為鉆孔注漿段，模型邊界條件見表1。對采自新義煤礦的煤巖進行煤巖力學與物性參數(shù)測定，并根據(jù)所測參數(shù)設(shè)定模擬參數(shù)，具體參數(shù)設(shè)置如下:

對不同注漿壓力下的漿液擴散過程進行模擬，并沿平行于x軸方向，過鉆孔中部取一截面u，截面4個頂點空間坐標分別為(0,50,0)、(100,50,0)、(100,50,100)和(0,50,100)，為便于進一步分析鉆孔周圍壓力分布情況，對不同時間巷道位置處的壓力分布進行分析。由于煤層初始瓦斯壓力為0.2MPa，因此選取注漿壓力大于0.3 MPa作為漿液擴散壓力，模擬結(jié)果如圖3所示。通過分析不同注漿壓力下的漿液擴散效果可知，當注漿壓力為0.5 MPa時，漿液沿鉆孔軸向呈對稱分布，由于注漿壓力與擴散壓力限值0.3 MPa較為接近，壓力梯度難以驅(qū)動漿液進一步擴散，因此從10～2 000 s漿液在鉆孔周圍擴散范圍較小，注漿過程中漿液擴散范圍差異不大;當注漿壓力為1.0 MPa時，漿液擴散范圍在0～10 s時較0.5 MPa時有明顯增大，隨著注漿時間的逐漸增加，漿液擴散范圍明顯增加，當注漿壓力時間增加到1 000 s后，漿液擴散速度減緩，注漿時間增大到2 000 s時，漿液擴散范圍較注漿時間為1 000 s時有所增加，但未發(fā)現(xiàn)進一步明顯擴散;當注漿壓力為1.2 MPa以及1.5 MPa時，與注漿壓力為1.0 MPa整體規(guī)律類似，但漿液擴散范圍隨著注漿壓力的增大而增大。為進一步對漿液擴散范圍進行定量分析，以過注漿段2中部，垂直于鉆孔方向取一截線(圖4)，對注漿時間為50、500、1 000、2 000 s的不同注漿壓力下漿液壓力分布情況進行提取。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]裂隙煤體注漿漿液擴散規(guī)律及變質(zhì)量滲流模型研究[J]. 魏建平,姚邦華,劉勇,王登科,崔鵬飛,姚帥.  煤炭學報. 2020(01)
[2]漏風裂隙內(nèi)無機固化泡沫漿液擴散特性研究[J]. 王濤,魯義,施式亮,王剛,晏志宏.  中國安全科學學報. 2019(10)
[3]2025年中國能源消費及煤炭需求預(yù)測[J]. 謝和平,吳立新,鄭德志.  煤炭學報. 2019(07)
[4]礦區(qū)巖溶裂隙巖體帷幕截流注漿參數(shù)確定研究[J]. 柳昭星,靳德武,尚宏波,石志遠,趙春虎,劉基.  煤炭科學技術(shù). 2019(06)
[5]易自燃煤層順層抽采鉆孔封孔參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 祁云,齊慶杰,呂有廠,周新華,遲羽淳.  中國安全科學學報. 2019(03)
[6]強觸變性水泥基漿液研發(fā)及基本性能測定[J]. 袁克闊,王義杰,徐拴海,李建文,劉愷德.  煤炭科學技術(shù). 2018(07)
[7]煤礦深部開采煤巖動力災(zāi)害多尺度分源防控理論與技術(shù)架構(gòu)[J]. 齊慶新,潘一山,舒龍勇,李宏艷,姜德義,趙善坤,鄒銀輝,潘俊鋒,王魁軍,李海濤.  煤炭學報. 2018(07)
[8]鋁酸鹽水泥摻入量對瓦斯抽采封孔注漿材料性能影響[J]. 趙耀耀,孫玉寧,王志明.  煤炭科學技術(shù). 2018(04)
[9]離層充填開采注漿液運移通道與溶質(zhì)擴散特征研究[J]. 樊振麗.  煤炭科學技術(shù). 2017(07)
[10]基于PD密封材料的瓦斯測壓鉆孔封孔新技術(shù)[J]. 汪開旺.  煤炭科學技術(shù). 2017(05)



本文編號：3283531