煤层注水湿润半径的数值模拟研究

煤层注水后的湿润范围、湿润程度及湿润的分布状态是衡量注水效果的关键指标,是调整注水参数的重要依据。预测煤层注水在规定的时间内,湿润半径的分布状态,将是本文研究的重点。 本文在对数值模拟软件选择方面,分别用FLUENT软件和FLAC3D软件进行了煤层注水湿润半径的数值模拟,验证了二者的可行性。同时,针对FLAC3D在数值模拟上的优势,重点进行了FLAC3D数值模拟。在数值模拟当中,针对具体的煤层进行了煤的密度、孔隙率、渗透系数、自然含水率等参数的设定,同时对煤层注水的注水孔径,注水压力的设定。在模拟的结果中,可以很好地预测湿润半径与煤层的物理状态、注水时间、注水孔径、注水压力的大小关系,从而实现了预测煤层注水湿润半径的数值模拟。在FLAC3D软件的后处理方面,通过自身的FISH语言进行编程,实现了FLAC3D模拟注水湿润半径的饱和度在Tecplot软件中的后处理的问题,能够更加形象地显示出注水湿润半径随着注水时间的变化情况。得出了FLAC3D在煤层注水湿润半径的数值模拟中,参数识别收敛快,稳定性好,需要的现场注水试验次数少,对注水方案的优化,注水效果好坏预测的结论。 同时,针对数值模拟中,影响煤层注水湿润半径的相关因素进行实验室实验。通过对淮南潘一矿三个工作面的煤样分别进行了煤的f系数的测定,煤的自然含水率的测定,七种表面活性剂在不同质量浓度时表面张力大小的测定,以及通过搭建亲水性实验平台,研究煤体在不同表面活性剂中的亲水性大小。这为在煤层注水湿润半径的数值模拟中考虑添加表面活性剂对注水的影响提供了实验数据,从而修正相关的润湿性参数,来达到注水中添加表面活性剂的目的。