[发明专利]一种煤层注水封孔试验的相似模拟方法及装置

说明书

本发明涉及一种煤层注水封孔试验的相似模拟方法及装置，属于煤层注水技术领域，煤层注水封孔试验的相似模拟方法包括以下步骤：S1确定实验参数：建注水封孔受力模型，得到模拟相似比；根据现场煤层厚度和影响相似比的参数，确定实验参数和煤样尺寸规格；S2制作型煤小样品和型煤大样品煤样制作；S3进行相似封孔试验，得到实际注水压力；S4根据模拟相似比和实际注水压力，反演现场实际封孔承压能力。本发明通过相似封孔实验，反演现场实际封孔承压能力，解决了不能根据现场注水压力对封口进行准确修正的问题。

技术领域

本发明属于煤层注水技术领域，涉及一种煤层注水封孔试验的相似模拟方法及装置。

背景技术

粉尘危害一直是煤矿开采过程中防治的重点，不仅严重危害煤矿工人的身心健康，而且对煤矿的安全生产有着极大的影响。

随着煤矿开采强度的不断提高，工作面产尘强度不断加大，据现场实测数据显示，综采面的粉尘浓度最高可达3000mg/m3。

煤层注水是最有效的综合防尘措施之一，而影响煤层注水效果的关键因素之一就是封孔质量。

常用的封孔方法有机械封孔和混合浆液封孔，但是传统的封孔方法都只是简单地进行现场实地封孔，并不能根据煤层实际情况和围压大小等条件对封孔进行修正，致使煤层注水效果不理想；常因封口承压能力不足导致封口大量跑水，致使封口失效，粉尘污染仍然十分严重。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种煤层注水封孔试验的相似模拟方法及装置，通过相似封孔实验，反演现场实际封孔承压能力，解决了不能根据现场注水压力对封口进行准确修正的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤层注水封孔试验的相似模拟方法，包括以下步骤：

S1确定实验参数：根据注水封孔受力特点，建注水封孔受力模型，得到模拟相似比

其中，P₀、P分别为相似模型和现场实际注水压力，单位MPa；

σ₀、σ分别为相似模型和现场实际围压应力，单位MPa；

D₀、D分别为相似模型和现场实际钻孔直径，单位mm；

L₀、L分别为相似模型和现场实际封孔长度，单位mm；

根据现场煤层厚度和影响相似比的参数，确定实验参数和煤样尺寸规格，其中，影响相似比的参数指围压应力、钻孔直径和封孔长度，实验参数指注水压力；

S2煤样制作：

S2.1型煤小样品制作：用现场煤样，采用加料加工的方式制作与现场煤样基本参数相似率不小于95％的型煤小样品，其中基本参数指力学参数和孔隙率参数；所述型煤小样品的规格易于测试其基本参数；

S2.2型煤大样品制作：以型煤小样品的组份配比制作型煤大样品，在制作型煤大样品时预埋注水管，所述注水管贯穿型煤大样品；所述型煤大样品的规格适于做封孔实验；

S3相似封孔试验：

对型煤大样品施加相似模型围压σ₀，注水系统从0.1MPa开始加载，每间隔1分钟注水压力增加0.1MPa，直至孔内开始跑水停止试验，记录实际注水压力P(试验)和跑水量V；

S4现场实际封孔能力反演：

根据模拟相似比和实际注水压力P(试验)，反演现场实际封孔承压能力：

可选地，所述型煤小样品的制作包括以下步骤：