[发明专利]一种模拟煤层注水渗流过程的方法

说明书

本发明提供一种模拟煤层注水渗流过程的方法，涉及粉尘防治技术领域。本发明通过CT扫描获得煤体原始灰度图像，通过MATLAB软件对所获得的煤体原始灰度图进行中值滤波降噪处理，得到txt格式文件，然后导入COMSOL软件，运用插值函数对煤体模型进行重构，赋予模型相关变量参数，设置模型初始边界条件，划分网络，并对注水煤样渗流过程进行数值模拟，得到水在煤体真实孔隙下的流动规律。本发明提供的方法操作简单方便，有效缩短实验时间和成本，对准确描述水在煤体中的流动规律提供了理论依据和技术支持，为煤层注水降尘工艺提供指导意义。

技术领域

本发明涉及粉尘防治技术领域，尤其涉及一种模拟煤层注水渗流过程的方法。

背景技术

随着矿井煤炭生产开采的需要，地下矿井高效采掘过程截割齿截割破碎过程总是伴随着大量煤尘的产生，长期暴露于工作面上高浓度粉尘条件下的煤矿工人及易罹患严重肺尘病(CWP)，同时高浓度粉尘也是诱发粉尘爆炸灾害的主要原因，严重制约井下煤炭安全生产。煤尘注水作为井下高效防尘防突、驱排瓦斯主要方法，已被越来越多的应用于生产过程中。为了研究带压注水过程中水在煤层中的渗流流动过程，需要展开对煤体内部孔隙裂隙的具体研究。然而由于煤体内部孔隙裂隙结构复杂，水的渗流过程无法有效监测，使得煤体中水分运移规律的研究寸步难行。目前，针对煤体内部孔隙裂隙的研究局限于数值模拟仿真，而现有的基于有限元方法设计的仿真软件模型基础条件设置是相对固定的，不能模拟真实孔隙下的注水渗流的过程，即模型中的裂隙需要预设且不可更改，这与现场实际不符。所以急需一种可以真实无损地构建出煤岩体孔裂隙结构的方法以探究水在煤体中的运动过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种模拟煤层注水渗流过程的方法，能够准确描述煤层注水时煤样渗流过程，对孔隙变化准确描述，分析研究水在煤体流动的机理及运动规律，为煤层注水降尘工艺提供指导意义。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种模拟煤层注水渗流过程的方法，包括以下步骤：

步骤1、对试验带压注水后的煤样进行CT扫描，获得原始灰度图像；

采用工业X射线CT检测系统，通过锥束扫描和DR实时成像多种检测方式，对煤样进行扫描成像，无损地扫描出煤体内部的孔裂隙结构，获得原始灰度图像；

步骤2、运用MATLAB对原始灰度图像进行中值滤波降噪处理，得到txt格式文件；

采用MATLAB中的I＝imread函数对CT扫描的原始灰度图像中的孔隙结构信息进行识别，读取煤的一层图片，并将图片中噪声点使用中值滤波函数进行降噪处理，并运用MATLAB中的fid＝fopen函数将图像上每一个点的信息进行提取，导出为txt格式文件；

步骤3、将所得到的txt格式文件导入COMSOL软件中，运用插值函数将煤体模型重构；

对所获得的txt格式文件对应图片的大小进行建模，图片大小为2.88cm×3.01cm，在txt格式文件中输入％grid下输入两组数，一组为1-301、另一组为1-288，在已经所获得数据前输入％data，在COMSOL全局定义中选择插值函数进行导入；

步骤4、赋予模型相关变量参数；

在COMSOL软件中全局定义参数下键入密度为1000kg/m³，动力粘度为0.001Pa，材料属性选择CoAI；

步骤5、设置模型初始边界条件；

物理场选择系数形式边界偏微分方程，因变量物理量选择Head(m)、源项物理量选择压力头随时间变化；对得到的几何模型进行边界设置，煤体的上边界设置为20mm的水头，下边界设置为0mm的水头，产生20mm的水头差，驱动流体流动，左右边界不可渗透；