针对难注水煤层低孔隙率、低渗透性,传统注水减尘技术难以有效润湿煤体问题,提出通过液态CO_(2)加注煤层进行结构改造进而提升煤层注水效果的新思路。为厘清难注水煤层液态CO_(2)加注过程多场耦合演化规律,以平煤集团五矿己15煤层为研...针对难注水煤层低孔隙率、低渗透性,传统注水减尘技术难以有效润湿煤体问题,提出通过液态CO_(2)加注煤层进行结构改造进而提升煤层注水效果的新思路。为厘清难注水煤层液态CO_(2)加注过程多场耦合演化规律,以平煤集团五矿己15煤层为研究对象,联合Comsol有限元软件与Matlab数据处理软件,建立了难注水煤层液态CO_(2)加注流-热-固多场耦合作用模型;针对复杂的煤体孔-裂隙结构,引入非均质分布参数,通过Comsol with Matlab接口将煤层划分为10000个区域,并调用Weibull分布函数,对煤层所有区域的材料性质分别赋值,实现煤体材料的非均质性表达。通过对加注压力、加注时间等参数控制变量模拟,分析难注水煤层液态CO_(2)加注过程多场耦合演化情况。研究结果表明:液态CO_(2)加注过程中煤层的渗流通道扩展速率、冷却区域延展范围、拉损伤及压损伤比例与液态CO_(2)加注时间及加注压力呈正相关,且相比加注时间,其渗流、冷却、损伤区域的延扩速率受加注压力的影响更为显著;与加注压力为10MPa相比,在20MPa时明显增加了外层区域较低流速的分支流道数量,具有更强打开煤层渗流通道的能力;在加注压力由0MPa加载至30MPa过程中,煤层拉损伤和压损伤比例最终分别达到47.86%和4.23%,煤层损伤以拉损伤为主,这与煤体抗拉能力远低于抗压能力的本构关系相一致。研究工作可为研发煤层液态CO_(2)致裂增润防灾技术提供理论基础。展开更多
文摘针对难注水煤层低孔隙率、低渗透性,传统注水减尘技术难以有效润湿煤体问题,提出通过液态CO_(2)加注煤层进行结构改造进而提升煤层注水效果的新思路。为厘清难注水煤层液态CO_(2)加注过程多场耦合演化规律,以平煤集团五矿己15煤层为研究对象,联合Comsol有限元软件与Matlab数据处理软件,建立了难注水煤层液态CO_(2)加注流-热-固多场耦合作用模型;针对复杂的煤体孔-裂隙结构,引入非均质分布参数,通过Comsol with Matlab接口将煤层划分为10000个区域,并调用Weibull分布函数,对煤层所有区域的材料性质分别赋值,实现煤体材料的非均质性表达。通过对加注压力、加注时间等参数控制变量模拟,分析难注水煤层液态CO_(2)加注过程多场耦合演化情况。研究结果表明:液态CO_(2)加注过程中煤层的渗流通道扩展速率、冷却区域延展范围、拉损伤及压损伤比例与液态CO_(2)加注时间及加注压力呈正相关,且相比加注时间,其渗流、冷却、损伤区域的延扩速率受加注压力的影响更为显著;与加注压力为10MPa相比,在20MPa时明显增加了外层区域较低流速的分支流道数量,具有更强打开煤层渗流通道的能力;在加注压力由0MPa加载至30MPa过程中,煤层拉损伤和压损伤比例最终分别达到47.86%和4.23%,煤层损伤以拉损伤为主,这与煤体抗拉能力远低于抗压能力的本构关系相一致。研究工作可为研发煤层液态CO_(2)致裂增润防灾技术提供理论基础。
