煤裂隙粗糙度和开度对注水渗流影响的实验研究OA北大核心

【目的】煤层注水是矿井除尘、防治煤与瓦斯突出和冲击地压等灾害的关键技术措施,而裂隙粗糙度、开度等形态特征对煤层注水效果具有显著影响。【方法】借助砂纸和聚酰亚胺高温胶带制备了含有不同粗糙度和开度裂隙的煤样,利用激光光谱共聚焦显微镜精准计算裂隙粗糙度参数,测试裂隙煤样渗流量。【结果和结论】结果表明,表面高度偏差Ha、表面最大高度Hz和三维形貌分形维数Ds可以作为表征煤剖面粗糙程度的参数。煤体渗流量随Ha、Hz和Ds的升高呈指数降低趋势,随着剖面粗糙度从4.69提高到18.43,裂隙内的渗流量最高下降84.42%。裂隙开度在60~90μm时其粗糙度对渗流的阻碍效果达到最高,此后粗糙单元阻碍效果开始减弱,裂隙开度在渗流过程占据主导作用。煤体渗流量随裂隙开度的升高呈指数升高的趋势,裂隙开度由30μm提高到150μm,裂隙渗流量最高可增大355.88倍。通过对裂隙开度和粗糙度与渗流量关系的深入探究,明确了两者在煤层注水过程中的关键作用机制,强调在煤层注水实践中应充分考虑裂隙形态特征,依据不同的裂隙开度和粗糙度情况合理选择注水方式,以实现煤层注水效果的有效提升。