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煤层注水能够改变煤体的物理力学性质、软化煤体,从而减小煤层的冲击倾向性。长沟峪煤矿15槽埋深约为810 m,深部开采应力集中比较严重,在一定的开采条件下,有发生冲击地压危险的可能性。本文综合运用理论分析、实验研究、数值模拟和现场工业试验相结合的方法进行煤层注水预防冲击地压的研究,主要开展以下工作: (1)从煤层裂隙、水在煤体中的运移两个方面分析煤层注水渗流机理,分析注水前后钻孔的应力状态以及注水对煤体软化、弹性应变能聚积的影响。 (2)测定注水煤层煤样的自然含水率、吸水率、孔隙率及坚固性系数等物理力学参数,分析15槽煤的可注性,并且测试不同含水率下煤样的冲击倾向性,分析不同含水率与冲击倾向性指标的关系,为现场试验注水参数的确定及数值模拟提供依据。 (3)研究煤层注水渗流场与变形场的耦合作用机理,建立流固耦合数学模型,为注水渗流规律数值模拟提供理论基础;运用数值模拟软件模拟耦合作用下改变注水压力和时间对煤层孔隙压力场、速度场及钻孔周围煤体渗透率的变化规律,为煤层注水现场工艺参数的确定提供依据。 (4)以长沟峪煤矿-140m水平北二北15槽二壁为对象进行注水现场试验,结合数值模拟结果,对煤层注水工艺参数进行设计和应用。利用钻屑法检测注水前后工作面煤体水分增量、钻屑量,分析实施注水试验后的卸压效果,验证实验研究及数值模拟结果,确定最终注水参数。