本文關鍵詞：煤體脈動注水滲流特征及主要影響因素研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤層注水是防治煤礦粉塵、自然發(fā)火等災害的主要技術措施,得到了廣泛應用。煤層脈動注水作為一種新型煤層注水方式,與傳統(tǒng)的恒流量注水的方式相比在現(xiàn)場應用中取得了更好的效果。為揭示煤層脈動注水的機理,有效提高脈動注水效果,本文以實驗和數(shù)值模擬相結合的方式,研究煤體脈動注水的滲流規(guī)律,在此基礎上研究了不同注水參數(shù)及煤體物理參數(shù)對脈動注水效果的影響。首先,以脈動注水的發(fā)生方式為切入點,指出脈動注水與普通注水的本質區(qū)別在于注水是以周期變化的流量而非恒定流量。建立了含瓦斯煤體脈動注水滲流模型,在FLUENT軟件上進行二次開發(fā),得到脈動注水過程的壓力動態(tài)響應曲線,注水可以分為四個階段:壓力平穩(wěn)階段、緩慢升壓階段、快速升壓階段和壓力穩(wěn)定階段,注水過程逐漸從非穩(wěn)態(tài)兩相滲流過程向穩(wěn)態(tài)單相滲流過程轉變。其次,在數(shù)值模擬結果的基礎上,從壓力及能量的角度分析了脈動注水的機理,脈動注水優(yōu)于常規(guī)注水主要體現(xiàn)在在相同注水量條件下,脈動注水可以產生更高的峰值壓力,從能量的角度上,是將分散的能量集中化,增強水對煤體的瞬時沖擊破壞作用。脈動注水過程中瓦斯和水的運移規(guī)律復雜,整體呈現(xiàn)出水對瓦斯的驅替作用,裂隙的存在對其運移規(guī)律有明顯的影響,裂隙環(huán)繞區(qū)域出現(xiàn)瓦斯富集的現(xiàn)象。確定了脈動注水的峰值壓力和壓力脈動率作為脈動注水效果的考察指標,在1-10Hz范圍內,脈動注水的峰值壓力及脈動率下降明顯;平均注水速率從0.00002m/s增加至0.00014m/s的時候,縮短了注水時間,脈動注水的峰值壓力和壓力脈動率大幅增加;瓦斯壓力的增加主要影響壓力脈動率,煤層瓦斯壓力從0.2MPa增加至1.5MPa時,脈動率從0.50降至0.20。最后,實驗研究了應力對脈動注水過程的影響,煤體的裂隙體積受應力狀態(tài)影響較大,在封閉或開放的煤體內注水,應力的增加會降低裂隙的體積,脈動壓力波衰減作用明顯,注水完成之后的含水率也隨之降低。注水結束后的煤體出現(xiàn)應力降低的現(xiàn)象,低于注水之前煤體的應力。從優(yōu)化脈動注水參數(shù)的角度上,提出了適當降低脈動注水頻率;在設備性能滿足的條件的情況下,提高脈動注水設備的排量;在注水之前對煤層瓦斯進行預抽,降低煤體的應力狀態(tài)等措施能夠有效提高脈動注水的效果。
【關鍵詞】：脈動壓力 煤層注水 粉塵防治 滲流規(guī)律 瓦斯
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD714.41;TD712
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 變量注釋表17-19
• 1 緒論19-28
• 1.1 研究背景及意義19-20
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析20-26
• 1.3 當前存在問題26
• 1.4 主要研究內容26-27
• 1.5 研究思路27-28
• 2 煤巖的結構特征及脈動注水的發(fā)生機理28-39
• 2.1 煤巖孔隙裂隙結構分類及特點28-30
• 2.2 煤層注水的過程分析30-32
• 2.3 脈動流的特征參數(shù)32-36
• 2.4 煤層注水脈動流的發(fā)生方式36-37
• 2.5 本章小結37-39
• 3 煤體氣、液兩相脈動滲流模型建立39-56
• 3.1 流體力學控制方程39-41
• 3.2 煤體脈動注水滲流模型的建立41-47
• 3.3 煤樣氣、液滲流參數(shù)測試47-53
• 3.4 煤樣有效孔隙率的測試53-55
• 3.5 本章小結55-56
• 4 脈動注水滲流規(guī)律數(shù)值模擬56-74
• 4.1 CFD軟件FLUENT簡介56-58
• 4.2 數(shù)值模型的求解58-60
• 4.3 脈動注水過程動態(tài)分析60-72
• 4.4 本章小結72-74
• 5 煤體脈動注水關鍵影響因素數(shù)值模擬研究74-84
• 5.1 脈動注水效果指標74
• 5.2 脈動頻率對脈動注水效果的影響74-77
• 5.3 平均注水速率對脈動注水效果的影響77-79
• 5.4 煤體中瓦斯壓力對脈動注水效果的影響79-82
• 5.5 本章小結82-84
• 6 加載狀態(tài)下煤體脈動注水滲流實驗84-99
• 6.1 軸向滲流脈動注水實驗系統(tǒng)設計84-88
• 6.2 實驗方案及過程88-92
• 6.3 封閉系統(tǒng)脈動注水滲流規(guī)律92-96
• 6.4 開放系統(tǒng)脈動注水滲流規(guī)律96
• 6.5 脈動注水與應力的相互耦合關系96-97
• 6.6 本章小結97-99
• 7 主要結論、創(chuàng)新點及展望99-101
• 7.1 主要結論99-100
• 7.2 創(chuàng)新點100
• 7.3 展望100-101
• 參考文獻101-108
• 作者簡歷108-110
• 學位論文數(shù)據(jù)集110

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：煤體脈動注水滲流特征及主要影響因素研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：350301