空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究_卢义玉
空化水射流的研究进展
空化水射流的研究进展王建杰;陈立宇;杨夏明;许桢英;王匀【摘要】Cavitation is a physical and chemical phenomena that bears a large energy, which can affect every aspect of life, especially on water conservancy and irrigation machinery. With the development of science and technology, people are increasingly aware of the tremendous potential of cavitation, and then tend to utilize it, especially the cavitation wa-ter-jet. In the review, the research background of cavitation water-jet application was introduced firstly. Then progress of research in its application to oil production, environmental chemical engineering, cleaning and derusting as well as ma-terial surface modification and strengthening was described. Finally follow-up development direction of cavitation wa-ter-jet technology was proposed.%空化现象是一种蕴藏着巨大能量的物理与化学现象，它能够影响到生活的方方面面，尤其对水利机械和水利工程的影响最为显著。
丁红岩土力学
2014年5月 Rock and Soil Mechanics May 2014收稿日期：2013-08-10基金项目：长江学者和创新团队发展计划资助（No. IRT13043）；国家自然科学基金项目（No. 51104191)；国家重大科技专项大型油气田及煤层开发（No. 2011ZX05065）。
第一作者简介：卢义玉，男，1972年生，博士，教授，博士生导师，主要从事高压水射流理论及其应用方面的研究工作。
E-mail ：luyiyu@文章编号：1000－7598 (2014) 05－－08空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究卢义玉，丁 红，葛兆龙，夏彬伟，程 亮（1.重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044； 2.重庆大学 复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400044）摘 要：对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析，得到了热效应作用下的煤体渗透率表达式，并开展了不同空化条件（泵压、空化腔围压）下的煤体温度和瓦斯渗流试验。
结果表明：空化腔围压一定时，温度随泵压的增大而升高；而泵压一定时，温度随空化腔围压的增大而减小。
当热应力大于平均有效应力时，煤体热膨胀出现微变形，产生的张应力使裂隙变宽、数量增多；热效应使得游离瓦斯内能增加，分子自由程大大缩短，同时吸附瓦斯解吸使得煤基质发生收缩效应，导致微孔隙及微裂隙结构产生膨胀变形，从而影响煤体渗透率。
试验得到渗透率随温度升高呈指数规律增大，与理论得到的渗透率表达式描述的规律相符。
关 键 词：空化水射流；割缝；热效应；空泡；渗透率 中图分类号：TD 712 文献标识码：AExperiment study of effect of coal permeability underthermal effect of cavitation water jetsLU Yi-yu, DING Hong, GE Zhao-long, XIA Bin-wei, CHENG Liang(1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2. National & Local Joint Engineering Laboratory of Gas Drainage in Complex Coal Seam, Chongqing University, Chongqing 400044, China)Abstract: Based on analyzing of the thermal effect generated by cavitation bubble breaking moment and sound field of cavitation noise, the theoretical formulas of coal permeability under the action of thermal effect are derived. The temperature and permeability tests are performed under different cavitation conditions (pump pressure and confining pressure). The results show that the coal temperature increases with the increasing pump pressure when confining pressure is constant; on the contrary, the coal temperature decreases with the increasing confining pressure of cavitation chamber when pump pressure is constant. When the thermal stress of coal is greater than the average effective stress, the micro deformation of coal is appears under thermal expansion; and the tensile stress makes the increase in the width and number of the crack. Besides the increasing intrinsic energy of free gas causes the greatly reduces of molecular free path at the same time, due to coal matrix shrinkage effect, the coal methane desorption make the micro pore and crack structures expand, which affects the permeability. The index relationship between permeability and temperature is deduced, which is consistent with the regular pattern described by the theoretical formulas of permeability. Key words: cavitation water jets; hydraulic cutting seam; thermal effects; cavitation bubble; permeability1 引 言目前，国内外针对低透气性煤层瓦斯预抽的强化措施主要有密集钻孔、水力压裂和水力割缝。
空化水射流在渐进成形与冲蚀领域的对比分析
精 密 成 形 工 程第16卷 第2期 28JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2023-12-19 Received ：2023-12-19基金项目：国家自然科学基金（52105414）Fund ：The National Natural Science Foundation of China (52105414)引文格式：薛文浩, 吴晓君, 张飞飞, 等. 空化水射流在渐进成形与冲蚀领域的对比分析[J]. 精密成形工程, 2024, 16(2): 28-37.XUE Wenhao, WU Xiaojun, ZHANG Feifei, et al. Comparative Analysis of Cavitation Waterjet in the Field of Incremental Forming and Erosion[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(2): 28-37. *通信作者（Corresponding author ） 空化水射流在渐进成形与冲蚀领域的对比分析薛文浩1,2，吴晓君1，张飞飞2*，何凯2（1.西安建筑科技大学 机电工程学院，西安 710021； 2.中国科学院深圳先进技术研究院，广东 深圳 518055）摘要：目的 将高压水射流渐进成形技术与空化现象相结合，探索一种新的加工形式——空化水射流渐进成形技术，研究不同空化喷嘴内部结构、工作靶距对成形和冲蚀的影响。
方法 设计了5种不同内部结构的空化喷嘴，在相同工艺参数和不同靶距的条件下，对厚度为0.5 mm 、尺寸为200 mm×200 mm 的5052铝合金板以及厚度为10 mm 、尺寸为50 mm×50 mm 的1060铝合金块进行成形和冲蚀实验，测量样品成形高度和冲蚀损失质量，观察电子显微镜下样品的冲蚀外貌形态。
深部低透煤层水力割缝卸压增透技术研究现状及发展趋势
深部低透煤层水力割缝卸压增透技术研究现状及发展趋势杨慧明【摘要】中国煤矿煤层的渗透率普遍较低,瓦斯抽采难度高、抽采率低、抽采达标工程量大,深部高应力条件下瓦斯抽采难度更大.煤层卸压增透是深部低透气性煤层瓦斯灾害防治与煤层气高效开发的关键,而水射流割缝技术是煤层卸压增透的重要技术之一.围绕水射流割缝技术研究发展,系统总结了水力割缝的卸压增透机理、强化射流方法、割缝工艺、射流割缝装备等4个方面的研究现状,分析了当前水力割缝技术在卸压增透量化机理、割缝工艺方法、增透效果评价、装备性能等方面存在的问题,并对水力割缝技术的切割增透能力、装备研发方向、推广应用前景等发展趋势进行了展望.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】5页(P147-151)【关键词】深部煤层;透气性;水力割缝;瓦斯抽采;卸压增透;研究现状;发展趋势【作者】杨慧明【作者单位】瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400037【正文语种】中文【中图分类】TD712随着煤矿开采深度的增加，煤层地应力和瓦斯压力增大，透气性降低。
煤炭开采面临的瓦斯突出危险显著增高，并且其发生机制及类型也趋于复杂。
同时，随着煤炭生产的机械化、高效集约化发展，开采规模扩大、工作面扰动剧烈，工作面绝对瓦斯涌出量增大，导致窒息、瓦斯爆炸等危害的威胁也趋于严重。
瓦斯灾害已成为制约我国深部高瓦斯、高应力、低透煤层矿井高效节约化开采和安全生产的主要问题。
同时，煤层瓦斯（煤层气）也是一种宝贵的清洁能源，我国埋深2 000 m以浅的瓦斯地质资源量约36.81万亿m3，与陆上常规天然气资源量相当[1]。
从环保角度看，瓦斯的温室效应是CO2的21倍，巨量瓦斯排放将加剧地球气候变化速度。
因此，煤层瓦斯的高效抽采是解决煤矿安全隐患、清洁能源开采、环境保护等一系列问题的关键。
然而，深部煤层透气性普遍较低，常规钻孔抽采方法影响范围小、效率低，导致工作面钻孔工程量大，抽采达标周期较长。
水力脉冲空化射流在江苏油田钻井提速中的应用
江 苏 油 Ⅲ 开展 水 力 脉 冲 空 化 射流 钻 井 提 速 试验 ，累 汁进 １ ． １ ３ ． １ ． １ ７ ｇ ／ ｃ ｍ ， 钻井液粘度 ４ ０ － ４ ８ ｓ 。 行了１ Ｏ次 下 － ； Ｊ ｆ ： 试 验 ，岽计 进 尺 超 过 ６ ｋ ｍ， 试 验 井 的机 械 钻 速
深而起钻。 （ １ ） 与富 １ ２ ６ — １ 井对 比 。
性 以各色泥岩为主， 夹杂细砂岩： 试验 区块为江苏油田老区， 井液密度 １ ． １ ８ － １ ． ２ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ， 钻井液粘度 ４ ４ ． ４ ６ ｓ 。
地层为软到中等硬度地层 ，试用水力脉冲 空化射流器主要 目
冲 空化射流钻井提速试验 ， 优选试验方案和钻井参数 ； 累计进行 了 １ Ｏ次下井试验 ， 累计进尺 ６ ２ ３ ８ ． ４ ｍ， 与同 区块 相似井深对 比， 试 验井的机械钻速平 均提高 １ ５ ． ２ ８ ％， 提速效果 显著 。 关键词 ： 水力脉 冲空化射流 提速 江苏油田
中图分类号： Ｔ Ｅ ２ ４ ２
钻进参数： 钻压 ３ ０ ． ８ ０ ＫＮ， 泵压 １ ２ — １ ４ ＭＰ ａ ， 转速 ９ ０ ｒ ｐ ｍ， 钻 钻进井段 ，２ ６ ７ ７ ． ５ １ ． ３ ２ １ ４ ． ０ ０ ｍ，进尺 ５ ３ ７ ｍ，纯 钻进 间 １ ０ ０ ． ３ ２ ｈ ，平均机械钻速 ５ ． ３ ５ ｍ／ ｈ 。本趟 钻是由于钻达 完￣ ｄ ｉ Ｊ － Ｉ ：
的就是提高机 械钻速 ， 提高钻井效益 。
２ ． １富 ７ １ — ４井 试验 情 况 为ｉ １ １ ２ １ ５ ． ９ ｍｍ， 完钻 井 深 ３ ２ １ ４ ． ０ ０ ｍ。
空化射流与水温关系
空化射流与水温关系【摘要】本文探讨了空化射流与水温之间的关系，旨在揭示空化射流在不同水温条件下的影响机理及变化规律。
文章首先介绍了研究的意义，指出了深入探究空化射流与水温关系对提高空化效果和节能减排方面的重要意义。
接着详细阐述了空化射流的基本原理和对水温的影响机理，并对实验结果进行了深入分析。
文章还探讨了水温变化对空化射流效果的影响程度，并建立了空化射流与水温关系的数学模型。
通过对空化射流与水温关系的实际应用进行讨论，提出了未来研究展望。
本文为该领域的研究提供了重要的理论基础和实验依据，对促进空化射流技术的发展具有一定的指导意义和应用前景。
【关键词】空化射流、水温、研究意义、基本原理、影响机理、实验结果、数学模型、实际应用、未来研究、关系、变化效果1. 引言1.1 空化射流与水温关系的研究意义空化射流是一种在航空航天、能源、化工等领域广泛应用的技术。
研究空化射流与水温之间的关系，不仅可以深入探究空化射流的基本原理和影响机理，还可以为优化空化射流系统的设计和运行提供重要参考。
研究空化射流与水温的关系可以帮助我们更好地理解空化射流的工作原理。
通过实验和分析，可以探讨空化射流的形成过程及其对水温的影响，揭示其在不同水温下的特性和行为规律。
这有助于揭示空化射流的内在机理，为提高空化射流的效率和稳定性提供理论依据。
研究空化射流与水温的关系还可以拓展其在实际应用中的适用范围。
通过分析实验结果，可以确定在不同水温条件下空化射流的效果，为选择合适的工作条件和参数提供参考。
研究空化射流与水温的关系还可以为热能转换、流体控制等领域的技术改进和创新提供新思路和方法。
研究空化射流与水温之间的关系具有重要的理论和实际意义。
通过深入探讨其机理和特性，可以更好地理解和应用空化射流技术，促进相关领域的发展和进步。
2. 正文2.1 空化射流的基本原理空化射流是一种热力工程中常见的现象，其基本原理是在液体流体中高速移动时，当局部压力降低到饱和蒸汽压以下时，液体会发生空化现象，形成气泡并伴随着微小爆炸效应。
自振空化射流改善油层渗透率机理及实验研究
ｅ ｅｔ ｆ ｅ － ｓｎ ｔ ｇ ａｉ ｔ ｇ ｅ ｉ ｒｖ ｇ ｅｍｅｂｌｙｉｃｅｓｓｗｔ ｔｅｄ ｍｅ ｒ ｆ ｏｚ ｎ ｔ ｒｓ ｒ ｉｃｅ ｉｇ ｆ ｃ ｏ ｌｒ ｏ ａｎ ｖ ａｎ ｔｍｐｏｉ ｒ ａｉｔ ｎ ｒ ｅ ｉ ｉ ｔ ｚ ｅａｄ ｅ ｐｅｓ ｅ ｎｒａ ｎ． ｓｆ ｅ ｉ ｃ ｔｉ ｊ ｎｐ ｉ ａ ｈ ｈ ａ ｅｏ ｎ ｌ ｊ ｕ ｓ
关键 词 ： 自振空化射流 ；噪声 ； 渗透率 ；解堵 ； 实验研究 中图分类号 ：Ｅ ３５ ９ Ｔ ５ ． 文献标识码 ： Ａ
Ｍｅｈ ｎｓ ａ ｄｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｔｄ ｆｓｌ．ｅｏ ａｉｇｃ ｖｔｔ ｇｊｔ ｏ ｃａｉ ｍ ｎ ｘ ｅｉ ｎａ ｕ ｙｏ ｆｒｓｎ ｔ ａ ｉ ｉ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎ ａｎ ｆ
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ３ １卷 第 １期
中国石 油大学学报 （自然科学版 ）
Ｊ ｕ ａ ｆＣ ｉ ａ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＰ ｔ ｌｕ ｏ ｒ ｌｏ ｈ ｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｅｒ ｅ ｍ ｎ ｙ ｏ
Ｖｏ． Ｎ ． ｊ ３ｌ ｏ１
ｐｒ ｅｂｈｙｗｔ ｅ － ｓｎｔ ｇｃｖ ａｎ ｔ ｉ ｐｎｅ ｅ ｔ ｎ ｅ ｉ ｒｓ ｒ ｖｓｅ．Ｔ ｅｒｓｌ ｈｗ ｔａ ｔｅａｔ ｎ ｅ ａ ｉｔ ｉ ｓｌ ｒ ｏａ ｎ ａｉ ｔ ｇ ｅｓ ｍ ｉｇｍ ｎ ｄｒ ｈ ｈ ｐｅｓ ｅ ｅｓ１ ｈ ｅｕｔ ｓｏ ｈｔｈ ｃ ｏ ｍ ｈ ｆｅ ｉ ｔｉ ｊ ｕ ａ ｇ ｕ ｓ ｉ
Ｆ ｂ． ０ｏ ｅ ２ ７
文章编 号 ：６ ３５ ０ （０ ７ Ｏ －０ ２０ １７ ０ ５ ２０ ） ｌ０７ － ４
自振空化射 流改 善油层 渗透 率机理 及实验研究
李根 生 ，易 灿 黄 中伟 ，
（． １ 中国石油大学 石 油工程教 育部 重点实验 室 ， 北京 １２ ４ ； ． ０ ２９ ２ 中石化胜利油 田 钻 井工艺研 究院， 东 东营 ２ ７ １ ） 山 ５ ０ ７
水力空化对水中微生物杀灭效果评价
从图 3 可以看出，30 min 时，不开启冷却系统和 开启冷却系统水体温度分别为 38 ℃ 和 30 ℃ ，灭菌 率分别为 54%和 41%，在一定范围内的水体温度升 高有利于水力空化杀菌；60 min 后 2 组试验的灭菌 率均达到或接近最大并保持。原因是在一定范围内，
随着温度升高，饱和蒸汽压增大，有利于水中气核的
从表 3 可以看出，电导率 1.20 mS/cm 下的杀菌 率，明显高于 0.68 mS/cm 时。水体由于含有盐分使 得抗拉能力大大降低，从而容易产生空化现象。电 导率大的溶液中含杂质成分比较多，降低了水的抗 拉能力，从而使溶液更容易产生空化现象；同时，电 导率大的溶液可能也含有更多的气核，也有利于空 化现象的产生，从而增强空化杀菌效果。
60
90
120
浊/%
0
41
98
99
100
从表 1 可以看出，空化 60 min 内，随着空化作用 时间的延长，灭菌率快速增加，60 min 时灭菌率达到 98%，60 min 后基本保持较高的灭菌水平。这是由于 水力空化装置是封闭的循环系统，空化作用时间延 长，水体反复通过孔板，生成的·OH 将会不断累积，从
pH
浊/%
30 min
60 min
90 min
120 min
4
42.8
96.4
100.0
100.0
7
41.0
98.0
98.0
100.0
9
99.6
100.0
100.0
100.0
从表 2 可以看出，初始 pH 分别为 4、7、9 的水样， 在空化 60 min 时均可达到较高水平。偏酸和偏碱性 条件均不利于细菌的生长，但碱性条件的灭菌率更 高，碱性条件初始 pH 增高，水体中 OH- 含量增大，一
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s 2 1 ，其中 为泊松比，煤体的热传
E0 hb ΔE
（2）
s
假设损耗的声波能量全部转化为煤体热能，且 煤体截面积为 A ，煤体质点的温度变化 ΔT 为[13] E ΔT 0 （3） hb A 将式（1） 、 （2）代入式（3） ，得到空化噪声声 场作用下的煤体温度变化表达式：
随着传播距离的增加，声波能量逐渐减弱，而 由于介质的热传导导致声能的损耗，引起声波的衰 减叫做黏滞衰减。设声波的黏滞衰减系数为 s ， 导系数为 hb ，则声波能量损耗 E0 为
2 空化水射流热效应分析
2.1 水射流割缝空化特性 高压脉冲水射流割缝过程中，由于现场钻孔距 离长、孔径小，煤体中大量水体滞留在割缝产生的 缝槽内不能快速流出，水射流喷出后处于淹没状 态。水射流与淹没水体发生剧烈的动量交换和紊动 扩散，使得边界的速度梯度大，充满着剧烈的分布 漩涡，当漩涡中心的绝对压力低于该温度下水的饱 和蒸气压力时，含微小气泡的水射流在喷嘴中诱发 空化泡初生，在淹没的水体内迅速膨胀形成大量空 化泡[11]。当液体局部的压强降到该温度下的液体饱 和蒸汽压时，空化泡在经过多次膨胀-收缩的周期 性变化后，最终在极短的时间内溃灭，空泡溃灭瞬 间会产生空化效应，对割缝产生的缝槽的周围煤体 施加动力作用，空化效应包含侵蚀效应、声震效应 和热效应。 2.2 空泡溃灭瞬间产生的热效应 空化水射流的各种空化效应均产生于空化泡 溃灭瞬间，此时沿空化泡内径向方向存在很大的温 度梯度，在空化泡壁临近区域会形成热边界层。空 化泡溃灭瞬间，空化泡内气体温度并非均匀分布，
等研究了应力
场、温度场、声场作用下煤层气流场的渗流特性， 通过试验得到渗透率与应力、温度关系的表达式。 以上文献对高压脉冲水射流割缝技术的特性 开展了相关研究，但针对自激空化特性产生的热效 应如何提高煤体渗透率的机制尚未有人涉及，因此 本文对脉冲水射流自激空化特性产生的热效应进 行分析，进而探讨热效应作用下温度对煤体渗透率 的影响，并通过试验研究水射流空化热效应提高煤 体渗透率的机制。该研究对煤矿煤层气综合利用具 有重要的工程意义。
ΔT
V0 p 2 (e) cos 2 (t kx) 2 s A0 c0
（4）
2 式中： c0 、s 为声场参数； V0 、 0 和 A 均为煤体
体积元参数，均为常数；而只有声压 p(e) 为声场变 量，与振动角频率成正比。 2.4 建立煤体渗透率模型 空化泡溃灭伴随着反复的膨胀-压缩过程，因 此，可以近似地将声波的声压波形表示为一个幅度 逐渐衰减的脉冲序列[14]。设 a 为幅度衰减系数， 0 为脉冲间隔， 假设脉冲间隔相等， 幅度按比例衰减， 且脉冲形状相同，则脉冲序列的声压谱 P 为
p(e) 为声压， P0 、 0 为体积元的压强和密度，则 平面声波中煤体体积元获得的声波能量：
ΔE V0 p 2 (e) cos 2 (t kx) 2 0 c0 （1）
dP 2 式中： c0 ， s 表示绝热过程， 0 表示取平 d s,0 衡态时的数值； 、k 为声波振动的角频率和波数。
[9] [10] [8] [7] [6] [5] [4]
而是随泡内任意一点至气泡中心的距离的增大，从 空化泡内中心沿其泡内径向方向以很大的温度梯 度迅速降低。同时，空化泡内的大温度梯度导致泡 内热量通过空化泡壁向液体介质传递，在空化泡壁 临近的液体介质区域形成热边界层，在热边界层内 的温度是非均匀分布，它从空化泡壁沿径向方向在 液体介质中以很小的温度梯度缓慢降低，最终与液 体温度达到一致。 2.3 空化噪声声场作用的热效应 空化水射流除了会在空泡溃灭瞬间产生局部 热效应，在空泡压缩和溃灭过程中还会产生高频噪 声，随着噪声在煤体介质中的传播，声波能量也跟 着转移[12]。设 ΔE 为声波能量， V0 为体积元体积，
(1. State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 2. National & Local Joint Engineering Laboratory of Gas Drainage in Complex Coal Seam, Chongqing University, Chongqing 400044, China)
目前，国内外针对低透气性煤层瓦斯预抽的强 化措施主要有密集钻孔、水力压裂和水力割缝。其 中密集钻孔措施 卸压不充分，瓦斯抽采时间长， 抽采效果不理想；水力压裂措施能对煤层实施大范 围压裂，使煤层裂隙相互贯通，但由于在松软低透
[1]
收稿日期：2013-08-10 基金项目：长江学者和创新团队发展计划资助（No. IRT13043） ；国家自然科学基金项目（No. 51104191)；国家重大科技专项大型油气田及煤层开发 （No. 2011ZX05065） 。 第一作者简介：卢义玉，男，1972 年生，博士，教授，博士生导师，主要从事高压水射流理论及其应用方面的研究工作。E-mail：luyiyu@
Experiment study of effect of coal permeability under thermal effect of cavitation water jets
LU Yi-yu1, 2, DING Hong1, 2, GE Zhao-long1, 2, XIA Bin-wei1, 2, CHENG Liang1, 2
1248
岩
土
ห้องสมุดไป่ตู้
力
学
2014 年
成新裂隙，促使原始裂隙贯通，从而提高煤层透气 性。卢义玉等 认为，压力脉冲特性产生的煤岩体 局部弹性能随着压力脉冲应力波传播的深入而释 放，使得煤岩体局部形成与应力波传播方向相反的 拉应力作用，导致煤岩体出现裂纹带。而脉冲射流 自激空化特性包括声震效应和热效应，葛兆龙 、 李晓红 等研究了空化水射流声震效应的机械振动 作用，其对煤体介质的拉、压作用导致煤体产生纵 向振动和弹性剪切，说明空化声震的施加对煤样瓦 斯的解吸渗流均有一定的促进作用；姜永东 、易 俊 等研究认为，声场作用可明显地提高煤层孔隙 度，增大煤层渗透率，降低煤层应力，有效促进煤 层气解吸和流动；易俊 、尹光志
第 35 卷第 5 期 2014 年 5 月
文章编号：1000－7598 (2014) 05－1247－08
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.35 No.5 May 2014
空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究
卢义玉 1, 2，丁 红 1, 2，葛兆龙 1, 2，夏彬伟 1, 2，程 亮 1, 2
（1.重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044； 2.重庆大学 复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室，重庆 400044）
摘
要：对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析，得到了热效应作用下的煤体渗透率表达
式，并开展了不同空化条件（泵压、空化腔围压）下的煤体温度和瓦斯渗流试验。结果表明：空化腔围压一定时，温度随泵 压的增大而升高； 而泵压一定时， 温度随空化腔围压的增大而减小。 当热应力大于平均有效应力时， 煤体热膨胀出现微变形， 产生的张应力使裂隙变宽、数量增多；热效应使得游离瓦斯内能增加，分子自由程大大缩短，同时吸附瓦斯解吸使得煤基质 发生收缩效应， 导致微孔隙及微裂隙结构产生膨胀变形， 从而影响煤体渗透率。 试验得到渗透率随温度升高呈指数规律增大， 与理论得到的渗透率表达式描述的规律相符。 关 键 词：空化水射流；割缝；热效应；空泡；渗透率 文献标识码：A 中图分类号：TD 712
第5期
卢义玉等：空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究
n P P0 1 a k e ik 0 k 1
1249
（5）
式中： K ij , T 为平均有效应力和温度的渗透率函
数；K 0 为 T 0、 ij 0 时的理论初始渗透率；T 为 温度， 设初始温度为 T0 ， 则 T T0 T ；1 、 2 均 为试验拟合系数。 将式（5）～（8）代入式（9），可得温度场
Abstract: Based on analyzing of the thermal effect generated by cavitation bubble breaking moment and sound field of cavitation noise, the theoretical formulas of coal permeability under the action of thermal effect are derived. The temperature and permeability tests are performed under different cavitation conditions (pump pressure and confining pressure). The results show that the coal temperature increases with the increasing pump pressure when confining pressure is constant; on the contrary, the coal temperature decreases with the increasing confining pressure of cavitation chamber when pump pressure is constant. When the thermal stress of coal is greater than the average effective stress, the micro deformation of coal appears under thermal expansion; and the tensile stress makes the increase in the width and number of cracks. Besides the increasing intrinsic energy of free gas causes the greatly reduces of molecular free path at the same time, due to coal matrix shrinkage effect, the coal methane desorption make the micro pore and crack structures expand, which affects the permeability. The index relationship between permeability and temperature is deduced, which is consistent with the regular pattern described by the theoretical formulas of permeability. Key words: cavitation water jets; hydraulic cutting seam; thermal effects; cavitation bubble; permeability