含气条件下裂隙注浆扩散特征及封堵机理研究

摘要

裂隙注浆封堵是降低抽采钻孔漏气与提高瓦斯浓度的关键途径，而“含气”性则是煤层瓦斯抽采钻孔围岩裂隙的普遍属性.为探明含气裂隙浆液扩散特征及封堵机理，首先开展单一含气裂隙注浆扩散试验，明确浆液锋面扩散及注浆压力响应特征；然后，基于裂隙注浆扩散数学模型，研究含气裂隙浆液锋面及浆液压力分布，阐明浆液(液)-气体(气)耦合效应；最后，根据注浆前后含气煤体裂隙分布，结合数值模拟明确浆液在煤体裂隙中的运移规律，揭示液-气耦合下煤体裂隙的注浆封堵机理.研究结果表明：含气裂隙浆液扩散锋面呈现为明显的“U”型并随着浆液迁移而趋平缓，锋面圆弧角度随裂隙气压而降低，随裂隙开度、浆液黏度及注浆速率的升高而增大；气压对注浆压力的影响相较于浆液黏度、裂隙开度与注浆速率更为显著.负气压环境有利于提高裂隙中部浆液的扩散速度但会减缓裂隙壁附近浆液的速度，进而增大浆液锋面圆弧角；裂隙中液-气体系压力在液-气界面处突降，液-气耦合效应随浆液迁移及裂隙开度增大而减弱，但随气压绝对值、浆液黏度和注浆速率增大而愈发显著.注浆后含气煤体大开度裂隙显著减少或消失，一些大开度裂隙内的部分空间被浆液充填进而转变为较小开度的裂隙，造成小开度裂隙比例增加；负压环境有利于浆液流入小开度裂隙，而正气压则会阻止浆液进入分支小开度裂隙.研究成果丰富了含气裂隙注浆封堵理论，对井下抽采钻孔围岩裂隙高效注浆封堵具有一定指导意义.

关键词

瓦斯抽采 / 封孔 / 含气裂隙 / 浆液扩散 / 浆液-气体耦合