所属栏目：新闻中心发布时间：2026-01-24浏览量:511
太原理工大学安全与应急管理工程学院傅晋奇团队在《煤矿安全》发表论文《水锤效应下压力波沿裂隙波动规律模拟研究》。该研究基于一维瞬变流模型与水锤运动方程、连续性方程，通过数值模拟揭示了流体运动状态瞬时变化时水锤压力的跃升及波动规律，为煤矿脉动水力压裂技术优化提供了重要理论支撑。
脉动水力压裂是煤矿低渗透煤层瓦斯治理的关键增透措施，但其过程中脉动水流在裂隙中的传播规律复杂。当裂隙未贯通时，压力波的反射与叠加会引发类似水锤的瞬变现象，这一效应对压裂效果的具体影响此前缺乏明确研究。
研究团队以一维直裂隙为研究对象，采用COMSOL Multiphysics软件构建数值模型，设计了4种不同初始压力和流量的注入方案开展模拟。结果显示，当脉动水流在裂隙中流动遇到末端闭合时，流速受阻降低，在惯性和压力波叠加反射作用下会激发瞬时水锤效应，流体压力将以矩形压力波形式冲击煤体裂隙，最大瞬时压力可达初始水压的1.7~2.5倍。
水锤效应会形成正负两种反馈机制：激增的流体压力利于解堵及裂隙扩展，构成正反馈;而压力波叠加反射导致部分流段压力降低甚至出现负压，形成负反馈。尽管负反馈会降低冲击压力，但周期性交变压力能对煤体造成疲劳损伤，衍生更多新裂隙，提升压裂效果。此外，提高流体注入压力与流量，可显著增大水锤压力波动幅度，进一步促进裂隙扩展。
该研究明确了水锤效应下压力波的传播及波动规律，为优化脉动水力压裂工艺参数、提高煤层增透效率提供了科学依据，对煤矿瓦斯治理及安全生产具有重要实践意义。