基于FDM-DEM的侧压系数对煤层注水钻孔影响研究

作     者：王太成 连清旺 祁云霞 WANG Taicheng;LIAN Qingwang;QI Yunxia

作者机构：太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 

出 版 物：《矿业研究与开发》 (Mining Research and Development)

年 卷 期：2024年第44卷第3期

页      面：105-113页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：山西省自然科学基金资助项目(201901D111071) 

主　　题：离散元 有限差分 煤层注水 侧压系数 破坏特征 润湿范围 

摘      要：煤层注水广泛应用于煤矿井工开采,注水后煤体湿润,使其强度和脆性减弱、塑性增加,并减少浮尘的产生量。对于深部低渗透、难注水煤层,煤层注水孔周围煤体变形破坏特征影响着煤层注水效果。基于有限差分法(FDM)与离散元法(DEM),构建了流固耦合模型,分析不同侧压系数条件下钻孔周围煤体变形破坏规律以及煤层注水渗流规律。研究结果表明:双向等压条件下,钻孔周围变形破坏范围以及注水孔隙水压力大致呈现圆形分布;而双向非等压条件下,则呈椭圆形分布,且在较小应力方向应力集中现象较为明显。随着侧压系数在1.6以内增大,钻孔上下两侧破碎区域相应扩大,但当侧压系数为1.6,1.8,2.0时,裂隙分布区域无明显差异。水压力分布和有效润湿范围与破坏区域分布相似。垂直润湿范围随着侧压系数的增大而发生较大的变化,总体呈先增大而后变化趋势较小。当侧压系数为1.0~1.6时,垂直润湿范围受侧压系数影响较大,而后因上下两侧的应力集中程度加大,致使上下两侧发生局部区域强烈挤压,润湿范围不会随之明显扩大。研究结果可为深部低渗透、难注水煤层的注水钻孔设计提供参考依据。