定向长钻孔在工作面过断层超前注浆参数研究

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1、定向长钻孔在工作面过断层超前注浆参数研究郑国廷，李雷（冀中能源邢台煤矿综采二队，河北邢台054000）摘要：定向长钻孔超前注浆对工作面过断层时的顶板起到超前加固作用。为了探寻影响注浆因素，本文应用Fluent流体力学数值模拟软件，分析不同钻注浆压力、浆体的凝固时间、断层的破碎程度条件下的钻孔注浆半径和注浆量，得到各因素对断层超前注浆效果的影响规律。并在邢台煤矿7623充填工作面f313—4断层处进行现场工业实验，取得了明显应用效果。关键词：定向长钻孔；注浆；数值模拟中图分类号：TD文献标志码：文章编号：he"governingforthepeople","Nomattertheinterest

2、softhemasses"conceptunderstandingisnotinplace.Thespecificworktreatswiththedeployment,afewleadingcadrescomplainthatworkistoocomplicated,toomuchresponsibility,thepressureistoolarge,toomuchemphasisonthedifficultyofthework.Forexample,noncoalmine邢台煤矿由于开采年限久好的工作面越来越少，而边角煤和保护煤柱的开采对于该矿的可持续发展有着重大的意义，7623工作面为

3、充填开采工作面位于工业广场下部，由于该面地质条件复杂断层多。为了能协调高产高效生产和保证充填质量，对于工作面过断层就提出了更高的要求。定向长钻孔超前注浆对于工作面过断层起着超前加固断层处破碎顶板的作用，分析注浆的影响就显着至关重要了，本文用Fluent数值模拟软件模拟定向长钻孔浆在断层破碎区的流场特征，考察不同注浆参数下的注浆半径、注浆量的变化情况。结合7623工作面现场实施效果，最终找到适合该面的定向长钻孔超前注浆布置方案，解决7623工作面过断层问题。1定向长钻孔数学模型1.1定向长钻孔浆体流动方程成煤过程受很多因素的影响，致使煤层具有非均质性。在一个较大的区域内，断层破碎可以看作是均质；

4、浆体注入时的压力在一定的区域内也可以看作是均匀的[1]；浆体在断层破碎后的孔隙中的流动看作流体在多孔介质中的流动。为使问题简化，按以下基本假设推导浆体流动方程。（1）基本假设断层中浆体流动符合达西定律；视浆体为理想流体，渗流过程安等温处理；原始断层的破碎是均匀、各向同性，破碎区孔隙、裂隙结构稳定[2.3]。（2）浆体流动方程浆体在断层破碎区的流动为径向流动[1]，由以上假设根据多孔介质中流体的质量守恒定律，得到如下方程组：（1.1）式中：为浆体压力为时的浆体密度，t/m3；浆体流动的速度向量，m/d；为单位体积流入破碎区的浆体量，t/m3；断层不同破碎程度下的渗透率，m2；为注浆压力为时的浆体

5、密度，m3/t；为浆体的绝对粘度，MPa·d；为标准大气压，MPa；为断层破碎区相对于钻孔时的压力，MPa。方程组1.1分别为浆体在断层破碎区内流动时的连续性方程、运动方程、状态方程[4]，解方程组1.1可得：（1.2）式中：；a为破碎区浆体的极限吸附量，m3/t；b为吸附常数；C=（273+t）/273；t为浆体在流动过程中的温度；为断层破碎区渗流系数，m2/（MPa2·d），。令式（1.2）中的=U，得：（1.3）简化断层破碎区内浆体在钻孔的流场为二维平面有限流场，则有：he"governingforthepeople","Nomattertheinterestsofthemasses"c

6、onceptunderstandingisnotinplace.Thespecificworktreatswiththedeployment,afewleadingcadrescomplainthatworkistoocomplicated,toomuchresponsibility,thepressureistoolarge,toomuchemphasisonthedifficultyofthework.Forexample,noncoalmine（1.4）1.2煤层钻孔瓦斯流动方程求解本构方程（1.4）是一个非线性的二阶偏微分方程，要获得数值解，常用有限元或有限差分来解，同时还要给出它的定

7、解条件[2]。定解条件从时间和空间上考虑，包括初始条件和边界条件，具体如下：初始条件为：t=0，U=U0=P02边界条件为：（1.5）式中：r0为钻孔半径，m；U0为断层破碎区相对于浆体压力的压力平方，MPa；U1为钻孔中浆体压力的平方，MPa2；p0为断层破碎区静态时的压力，MPa；p1为钻孔中的浆体压力，MPa；m为断层破碎区厚度只半，m。2煤层瓦斯抽放钻孔数值模拟取现场一组注浆参数为参考，钻