煤体微观孔隙模型水渗流压力影响研究

"该研究通过X射线三维显微镜扫描大柳塔煤矿的长焰煤样本，利用三维重构技术和灰度分割技术构建了煤体的微观孔隙模型，并基于此模型进行了有限元网格建模。通过Fluent软件模拟了在不同压力条件下的水渗流现象，探讨了压力对煤体微观孔隙内水流速度和压力分布的影响。结果显示，压力在水渗流方向上逐渐减小，孔隙中央至孔壁的速度由大变小直至为零。压力梯度增大时，水流速度整体提升，最大平均速度出现在压力入口附近的12至18微米区间。不同压力和通道条件显著影响水渗流规律。" 这篇研究详细分析了压力对煤体微观孔隙模型水渗流特性的影响。首先，作者选取了大柳塔煤矿的长焰煤作为实验材料，利用先进的X射线三维显微镜技术对矿芯煤样进行高精度扫描，获取了煤体内部的三维孔隙结构。通过图像处理技术，如三维重构和灰度分割，研究人员能够构建出煤体的微观孔隙模型，这为后续的水渗流模拟提供了基础。 接着，研究者在得到的孔隙模型基础上建立了有限元网格模型，这是数值模拟的关键步骤。利用Fluent这一强大的流体力学仿真软件，他们模拟了在不同压力环境下煤体孔隙内的水流动情况。通过这些模拟，研究人员揭示了压力分布和水流速度的规律：在相同压力条件下，随着水流动方向，孔隙内的压力逐渐下降；而沿着孔隙中心到壁面的方向，水流速度则呈现由大到小直至零的分布。 此外，研究还发现，尽管不同压力条件下水渗流的轨迹变化不大，但随着压力梯度增加，整体的水流动速度显著提高。特别是在压力入口附近的12至18微米区域内，观察到了最大的平均水流速度。这表明压力条件对水渗流的动态特性有显著影响，且这种影响在微观尺度上表现得尤为突出。 这项工作对理解煤层气渗流、煤矿开采过程中的水文地质问题以及煤炭储层的水动力学特性具有重要意义。通过深入研究这些基本的物理过程，可以为煤炭资源的安全开采、环境保护和水害防治提供科学依据和技术支持。同时，研究结果对于优化矿井排水系统设计、预测和控制矿井水灾风险也有着重要的实践价值。