基于UDF的煤层注水渗流演化规律的数值模拟研究

为了更好地揭示煤体高压注水渗流演化规律,提高煤层注水抑尘效果;基于三轴压缩和煤矿生产实际,通过煤岩渗透性试验得到煤岩变形与孔隙水压匹配关系;利用用户自定义函数UDF模块将其编译到Fluent中对钻孔注水过程中的流体压力场、速度场及水量分布情况进行模拟,分析不同注水压力下钻孔径向周围煤体内润湿范围以及渗流速度等因素。结果表明:渗流场压力随着孔隙水压的增大而增大,压力变化率随着时间段的增长逐渐降低并趋至稳定,渗流场速度变化展现出相似的变化规律;随着孔隙水压的不断增大,煤体孔隙率随之增大,煤体内部含水率逐渐升高,分布范围从钻孔周围逐渐向两侧扩大,煤层钻孔周围的润湿过程是一个快速增长后缓慢降低达到稳定的状态。

两性离子表面活性剂对煤层注水渗流润湿协同效应的研究

煤层注水技术是防治冲击地压、粉尘以及火灾等众多矿井灾害的重要手段之一,煤层注水过程可以概括成渗流阶段、渗流与润湿协同阶段以及润湿阶段。针对煤层注水渗流阶段,利用三轴渗流实验装置,以达西定律为理论基础,研究了不同表面活性剂溶液(十二烷基硫酸钠和复合型表面活性剂)表面张力及其对裂隙煤体渗流特性的变化规律,对比分析了不同表面活性剂溶液在煤体中渗透系数的变化特征,探讨了复合型表面活性剂对破裂煤体注水的影响规律以及不同表面活性剂对裂隙煤体的润湿协同效应。实验结果表明:十二烷基硫酸钠能够降低液体表面张力,将渗流系数从3.73×10^(-4)提高到5.6×10^(-4),能够有效地促进煤层注水润湿效果;十二烷基硫酸钠与煤体之间的吸附性,增大了渗流溶液在煤体裂隙表面的张力,降低了煤体的注水润湿效果,最终阻碍了渗流润湿过程;通过加入其他原料配置的非离子-阴离子复合表面活性剂能够有效减小吸附性,并有效增强渗流效果,明显提高注水渗流润湿效率,验证了两性离子表面活性剂对煤层注水具有显著的协同效应。

采煤工作面煤层注水钻孔湿润半径的研究

煤层注水是煤矿井下综合防尘的一项重要措施,可以减少作业场所的煤尘飞扬,给井下作业人员提供良好的作业环境,注水效果需要考虑注水时间、注水压力、湿润半径、封孔长度、密封效果等因素。为更好的确定采煤工作面煤层注水湿润半径,给煤层注水钻孔的参数设计提供可靠的依据,本文对金河煤矿6123-2采煤工作面开展了煤层注水试验,分别采取动压和静压注水进行试验,确定煤层注水的湿润半径,为煤层注水钻孔的施工参数提供设计依据。

新桥煤矿难湿润煤层注水数值模拟研究及应用

为改善新桥煤矿综采面难湿润煤层注水效果,基于多孔介质理论建立新桥煤矿综采工作面煤层注水模型,通过Fluent软件对综采工作面注水过程进行模拟研究,得到了不同注水压力下的煤体湿润半径变化规律和煤体中的水流压力分布与速度分布情况,并开展了现场煤层注水应用试验研究。数值模拟结果表明,煤体的湿润半径随着注水压力的增大而增大,注水压力为6 MPa时湿润半径达到了2.39 m,注水压力7 MPa和8 MPa时湿润半径分别为2.45、2.48 m,相比6 MPa注水压力下的湿润半径增量已不是很大;现场试验结果表明,工作面注水压力为6、7、8 MPa时,煤层湿润半径分别为2.34、2.42、2.47 m,现场注水试验结果与数值模拟结果吻合;煤层注水降尘效率测试结果表明,注水过后采煤机逆风割煤和顺风割煤状态下粉尘浓度有大幅度降低,煤层注水过后最佳降尘效率分别达到了60.09%和58.27%,取得了较好的降尘效果。

基于高分子增透剂的煤层注水增渗作用分析

为提高煤体润湿性与注水渗透效果,以自行制备的天然高分子增透剂为基础,从增透剂的反应过程、分子结构微晶结构及其与煤的表面形貌作用效果和润湿作用机理出发,研究了天然高分子增透剂对煤的增渗作用机理,同时利用分子动力学模拟研究了增透剂与煤粉之间的微观作用机理。研究结果表明,添加高分子增透剂后,水对于煤的润湿能力大幅度提升,在相同时间内添加高分子增透剂的试验组呈现出最佳的渗透效果;分子动力学模拟得到增透剂—煤体系的相互作用强度为-232.19 eV,而水—煤体系的相互作用强度为-34.60 eV,表明添加增透剂的溶液体系中水分子更容易附着在煤分子表面上,分子间相互作用力增强,会使附着在煤表面的分子结构更加稳定,更有利于煤表面的润湿。研究结果为煤层注水增透剂的研发和应用提供了参考依据,有助于进一步提高煤层注水抑尘效果。

煤矿煤层注水技术工艺及实践研究

为进一步探究煤矿煤层注水技术的优化路径,以降低煤矿开采过程中的粉尘问题,结合某煤矿采取内的11240综采工作面的现状,对煤矿煤层注水技术工艺进行研究。在研究过程中,结合现场试验,确定了该煤矿煤层注水技术工艺的最优参数,以形成基本的工艺方案。而后将该方案应用于实践当中,结果显示,注水降尘率超过50%,效果相对较为显著,证明该工艺具有一定的应用价值。

干河煤矿高效煤层注水降尘技术应用研究

干河煤矿2号煤煤尘存在矿物含量高、亲水性差的问题,导致综采工作面粉尘浓度超标,为了解决该问题,设计实验室沉降实验来测量不同类型、浓度表面活性剂溶液对煤尘的润湿性,选择1.5%X-100、2%JFC、2%SDBS、2%SDS溶液作为组份进行复配实验,确定1.5%X-100、2%JFC、2%SDBS三种溶液1∶2∶2比例的三元复配润湿剂作为2-126工作面现场应用试验的煤层注水添加剂,较注入纯水条件下,工作面总粉尘除尘率提高62.65%,呼吸性除尘率提高72.80%,取得理想降尘效果。

微生物菌液强化煤层注水降尘的机理研究及数值模拟

为了改善采掘工作面粉尘质量浓度超标、矿井工作环境恶化等问题,通过对煤层注水、水力压裂和微生物菌液改性煤体渗透机理的研究,提出了强化煤层注水的新方法,得到了基于水力压裂和微生物菌液强化煤层注水的降尘新思路。结合多孔介质应力平衡方程和流体连续性方程,构建了煤层注水渗流过程的数学模型。采用数值模拟软件模拟了煤层注水过程中不同注水压力和注水时间条件下水在煤体内的渗流规律。结果表明,当注水压力一定时,煤层的湿润半径随注水时间的延长逐渐增加;当注水时间一定时,煤层相同位置处注水压力越大,煤层的渗透性也越大,9 MPa为最优注水压力;水力压裂后注入微生物菌液,煤层的有效润湿范围明显增大,注水降尘效果得到强化。

煤层注水参数优化及降尘效果分析

文章以中煤新登郑州煤业有限公司31101综采工作面为例,分析了影响煤层注水防尘效果的因素,并使用数值模拟方法研究了在不同注水压力和注水时间条件下湿润半径的变化规律。模拟结果表明:随着注水压力和注水时间的增加,湿润半径持续扩大,但其增长幅度呈现递减趋势。基于模拟结果,提出了煤层注水工艺参数的优化方案。实际现场测试表明,优化后的注水参数能获得更好的防尘效果,使得综放工作面的全尘质量浓度和呼吸性粉尘质量浓度明显下降。研究为指导煤层注水防尘的参数设计与效果评价提供了参考。

煤层注水防治冲击地压现场试验应用

随着煤矿开采深度不断增加,冲击地压、瓦斯和煤尘等自然灾害不断升级,严重制约了煤炭企业的高产高效发展。因此,急需采取有效的灾害防治技术,以减少灾害事故发生。现代研究表明,煤层注水作为一种重要手段,在防治煤矿瓦斯事故和冲击地压事故方面取得了显著效果。尤其是在防治冲击地压方面,煤层注水能够有效降低煤层冲击倾向性,降低现场的脉冲量和电磁辐射强度。因此,本文以老虎台矿为试验对象,分析并验证了煤层注水在冲击地压防治方面的重要作用,为类似矿井采用煤层注水开展冲击地压防治提供参考。

煤层注水防治冲击地压效果及可注性鉴定

本项目通过煤体浸水试验及野外注水防治试验,发现煤体注水后,煤体冲蚀趋势明显下降,其原位岩屑含量及电磁辐射强度明显改善。本项目选择裂隙发育程度、孔隙率、湿润边角、坚固性系数、饱和水分增值以及埋深等6个注水难易程度的影响因子,利用15个典型矿井观测资料作为训练样本,构建基于间距识别的可注入性识别模型,识别准确率达100%。

深浅孔结合煤层注水防治粉尘技术探究

随着煤炭工业的快速发展,煤矿粉尘问题日益凸显,成为影响矿工健康和煤矿安全生产的重要因素。深、浅孔结合煤层注水技术作为一种有效的粉尘防治方法,受到业界的广泛关注。本文系统分析了煤矿粉尘产生的原因及其危害,并详细论述了煤层注水技术局限性,特别是深、浅孔结合注水技术的原理、实施步骤及其在实际中的应用效果,以期为煤矿粉尘防治提供有效的建议。

低透气性煤层注水瓦斯解吸特性实验研究

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要手段,随着我国绿色开采及智能化开采的不断深入,利用水力方法致裂煤层以提高煤层透气性已广泛应用于提高煤层气抽采效果。通过利用一个新型高压吸附和注水实验系统,研究注入水对煤层气解吸特性的影响,并测定不同吸附平衡压力和含水量条件下的压力释放解吸值和总气解吸值。结果表明,注入的水既可以替代游离气体又可以替代吸附气体,导致系统压力显著增加。在释放系统压力时,注水的煤样的气解吸值会降低。注水后,煤的总解吸值增加。因此,煤层注水可以促进煤层气解吸,是目前防止煤和瓦斯突出的有效方法,同时也可以提高煤层气的生产效率。

添加湿润剂煤层注水降尘效果的试验研究

针对国内部分煤矿煤的亲水性差导致注水降尘效果差的问题,以淮北芦岭煤矿Ⅱ1084风巷掘进工作面为试验工作面,进行添加湿润剂的分段式封孔注水实验。通过实验室煤的亲水性实验、湿润剂配比实验、现场注水试验,得到该矿煤为不亲水,注水最佳添加湿润剂添加比例为0.6%,注水压力为10 MPa,注水湿润半径为1.5 m,在此条件下,对掘进机司机位置处的降尘效果考察,得到总粉尘降尘效率达到61.7%。进行粒度分析,得到粒径为:<2μm、2~5μm、5~10μm、>10μm、<7.07μm、>7.07μm的降尘效率分别为54%、58.2%、60.1%、62.2%、56.3%、62%。

微生物表面活性剂强化煤层注水润湿特性研究

为提高煤层注水润湿效果,通过菌株活化培养、响应面优化发酵条件、表面活性素提取、以及润湿特性与微观结构分析,探讨微生物表面活性剂强化煤层注水润湿性能。研究结果表明:响应面法优化后,表面活性素产量提升45%。在临界胶束浓度下,表面活性素和十二烷基苯磺酸钠溶液的表面张力及接触角较为接近,但表面活性素用量仅是十二烷基苯磺酸钠的3.17%;单位时间内表面活性素溶液在固-液界面处形成的表面活性剂分子数量最多,表面活性和扩散性较好,与煤之间吸附效果最好。经表面活性素溶液润湿后,煤的-OH、C-O等亲水性含氧官能团大幅增多,颗粒之间黏附团聚作用明显。研究结果可为微生物表面活性剂强化煤层注水润湿性能提供参考。

综采工作面煤层注水工艺的应用

针对盛泰煤矿15203工作面回采期间因粉尘浓度高严重制约着工作面安全高效回采的情况,提出对工作面采取长孔低压以及短孔中压联合注水工艺技术措施。通过实际应用效果来看,采取联合注水工艺后,实现了煤层减尘的目的,工作面后期回采期间粉尘质量浓度降低至23 mg/m^(3),取得了显著应用成效。

煤层注水中湿润剂添加对煤体破碎产尘影响规律研究

为探明煤层注水防尘中添加湿润剂的作用效果,对3种不同性质的煤样进行了湿润剂和清水浸泡产尘能力测试。结果表明:不同煤质其最佳匹配湿润剂差异明显;为了分析不同湿润剂对煤样润湿及产尘能力的影响程度,构建了吸水率提升百分比Δγ、产尘能力提升百分比ΔP和ΔP与Δγ相关系数c,并通过分析得到了3种煤样的最佳适配湿润剂,以及煤样产尘能力并非与含水率之间呈现线性相关的规律;通过湿润剂添加浓度对煤样产尘能力的影响规律分析得到,针对特定煤质存在一个最佳湿润剂最佳添加浓度,超过该浓度湿润剂浓度升高对煤样产尘能力影响变得不显著,并且湿润剂最佳添加浓度主要受煤样性质影响。

魏家地煤矿松软煤层注水降尘技术研究与应用

针对魏家地煤矿松软煤层开采过程中粉尘量大、控制困难的难题,以2109综放工作面为主要试验工作面,采用理论分析和现场应用的方法,设计了松软煤层注水施工工艺和注水参数,并对煤层注水前后总粉尘和呼吸性粉尘质量浓度的变化进行了监测和对比。实践结果表明,松软煤层工作面注水后粉尘质量浓度大大降低,总粉尘降尘率达50%以上,呼吸性粉尘降尘率达55%以上,降尘效果显著。

基于高分子改性的煤层注水增透剂研发及性能研究

随着煤矿开采深度的增加,深部煤层在高地应力、高温等地质环境的作用下出现裂隙闭合不发育、孔隙率低的现象,导致注水难度增大,注水润湿效果较差。为提高煤层注水渗透效果,本文以海藻酸钠为主要原材料,通过分子改性制备出一种高分子增透剂,并采用傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析和热重-差热扫描同步分析等实验对增透剂的分子结构、晶体结构、热稳定性及细观作用原理进行分析;利用MS软件模拟了增透剂在煤粉表面的吸附过程,并对高分子增透剂的润湿性和渗透性进行了测试。结果表明:该种高分子增透剂具有强润湿性、高渗透性、安全环保和热稳定性好等特点;添加了该高分子增透剂后,水对于煤的润湿能力大幅度提升,在相同时间内添加高分子增透剂的试验组呈现出最佳的渗透效果,且渗透液面形状较为规则;增渗剂分子会与煤分子表面官能团相接,形成稳定结构,增透剂分子增强了水对于煤表面的渗透能力,而水分子在增渗剂分子的相互作用下对煤分子的吸附作用也显著增加。

煤孔隙分布与煤层注水增量的关系

通过对几种不同煤层煤样的孔隙特性分析 ,结合实验室试验 ,确定出水在煤孔隙内渗透与保存的最小孔隙为 0 0 7～ 0 2 2 μm ,平均为 0 1 4μm ,提出了沟通孔隙率这一新概念 ,并导出了沟通孔隙率与煤层注水增量的关系 ,对指导煤层注水具有实际意义 .