水饱和煤体裂隙网络中颗粒堵塞与两相流迁移机制：基于激光蚀刻模型实验的可视化研究

本研究通过自主研发的水载微颗粒迁移可视化实验系统，结合激光蚀刻(Laser etching)技术重构煤体裂隙网络特征，探究了不同流速(40-80 mL/min)和颗粒浓度(3-7 g/L)条件下水-颗粒两相流迁移规律。研究发现裂隙网络分支喉道和收缩区煤粉比例参数Rc最大值超过0.79，证实其为颗粒堵塞主要区域；通过堵塞系数B（0.5654-0.1455）定量表征了流速提升74.3%对堵塞的缓解作用，并运用分形维数D2揭示了颗粒沉积-裂隙结构演化关系。

　　

Highlight亮点发现

• 首次通过激光蚀刻(Laser etching)技术实现煤体裂隙网络结构的精准重构

• 揭示流速与浓度对颗粒迁移的双重调控机制：浓度促进沉积而流速缓解堵塞

• 建立比例参数R_c>0.79的定量判据锁定分支喉道为关键堵塞靶点

Variation patterns of equivalent fracture width in the fracture network裂隙网络等效宽度变化规律

裂隙宽度作为表征煤岩体渗透性的核心参数，本研究通过自主研发的水载微颗粒迁移实验系统，捕获了动态堵塞过程中三类宽度指标（等效水力宽度、平均宽度、机械宽度）的演化特征。当颗粒浓度从3g/L增至7g/L时，裂隙网络孔隙度下降达38%，而流速提升至80mL/min可使堵塞系数B降低74.3%，显著改善"喉道优先堵塞"现象。

Conclusions结论启示

(1) 通过可视化实验与COMSOL模拟的交叉验证，证实注入流速和颗粒浓度共同调控裂隙内颗粒行为。当流速从40mL/min提升至80mL/min时，颗粒惯性力增强导致沉积模式从"基质吸附主导"转变为"动态平衡态"。

(2) 创新性提出煤粉比例参数R_c和分形维数D₂的双重定量表征体系，揭示颗粒沉积使裂隙网络分形特征发生显著退化（D₂降幅达21%），为煤层注水工程优化提供理论靶点。