水载颗粒作用下煤体裂隙结构演化特征及流体运移规律研究
高中祥1
杨静1
高厚远2
杨赫3
胡金瑞3
孙树阳3
1.兖矿能源集团股份有限公司,山东 济宁 2735002.通用技术集团工程设计有限公司,山东 济南 2500313.山东科技大学 安全与环境工程学院,山东 青岛 266590
摘要：煤层内部含有的煤岩等无定型颗粒物,在注水过程中随压力水进入裂隙通道,直接影响裂隙通道的结构特征,进而改变裂隙结构内压力水的渗流行为.为明确煤层注水过程中水载颗粒运移行为,阐明裂隙结构演化特征及流体运移规律,以传统立方定律表述充填裂隙内部线性渗流过程,结合毛细管模型,构建了考虑充填颗粒的裂隙渗流损伤模型,以数学解析手段揭示了颗粒充填裂隙通道内的水力传输特性;然后通过高清相机采集煤层裂隙图像,经图像处理以保证裂隙几何结构与实际煤层裂隙分布一致,并导入COMSOL构建二维数值解算模型,分别对单裂隙和裂隙网络环境下的水载颗粒运移过程进行了数值模拟,分析了不同流速下颗粒的运移轨迹、沉积位置,以揭示颗粒与流体间的相互作用关系.结果表明:裂隙内水流速度不仅取决于孔隙率,还受到颗粒直径和流体动力黏度的影响;单裂隙中,较高的流速延长了颗粒的运移距离,颗粒分布较为分散,较低流速则增强了漩涡作用,促使颗粒聚集和沉积;裂隙网络中,颗粒的运移行为更为复杂,颗粒的运移受主裂隙与次级裂隙的共同影响.
关键词：煤层注水水载颗粒颗粒运移裂隙结构流体运移
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274213)国家自然科学基金(52074173)山东省自然科学基金资助项目(ZR2023QE132)泰山学者工程专项经费资助项目(tsqn202306200)
论文发表日期：2025-05-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 172-180 )
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