1. 引言
煤炭作为我国最经济稳定的能源，在“十三五”期间，我国注重煤炭的开发技术和井下的建设工作，且两者均取得显著成果，最直观的体现就是煤炭的年生产量的增长，煤炭的消费量也随之增长，年增速甚至达到惊人的1.4%和2.2% [1]。
随着煤炭开采行业飞速发展，矿井最常见的也是最危险的事故——煤自燃，也相应地引起人们的注意[2]-[4]。中国每年因煤自燃而烧毁的原煤就高达2000万吨以上，经济损失达百亿元，同时煤自燃过程中产生的大量有毒有害气体(CO2、SO2等)会造成严重的环境污染，这与国家的“既要金山银山又要绿水青山”的环保倡议严重不符[5]-[7]。
煤自燃就是破碎煤体长期被氧化，不断积聚热量，再加上因井下漏风带来的空气，使得煤自我燃烧的现象。尤其是矿井采空区这种半封闭位置，漏风严重，煤自然现象频发[8]。抑制煤自燃可以从堵漏风方面入手，针对堵漏风的方法常见的有：三相泡沫[9]、聚合物泡沫[10]、凝胶[11] [12]等；而针对堵漏风的技术主要有：喷洒阻化剂[13]-[15]、充入惰性气体[16] [17]、灌浆(如黄泥浆、粉煤灰) [18] [19]等。这些材料和方法对预防煤自燃现象的发生起到了一定作用，但是也存在一些缺点，比如：三相泡沫和聚合物泡沫成本较高，易脱水，稳定差；凝胶材料井下运输不便，成本高；阻化剂材料时效性短；惰气易随漏风逸散；浆体材料与水结合差，不易长距离传输且难以向高处堆积[20]。
随着凝胶材料降温、保水、抑制反应、封堵、灭火等优越性能的发掘，国内外学者对凝胶材料的研究愈发深入。凝胶材料灭火机理主要有以下两点：第一点，其本身含水量大，当煤因自燃升温时，其内水分迅速汽化吸热，从而降低煤温；第二点，脱水的凝胶形态发生变化，包覆煤体，从而达到隔绝氧气和终止氧化反应的目的。由此使得凝胶材料在采空区的防灭火应用中越来越广泛。
凝胶颗粒可以在煤体裂缝、孔喉处进行封堵，从而达到堵漏风的效果，进而抑制煤自然现象的发生。凝胶颗粒的粒径、强度、类型、注入浓度、注入速度、注入方式、弹性系数(形变系数)等因素均会影响凝胶颗粒和孔喉的配伍关系。国内外学者对凝胶颗粒粒径的确定方法各持己见，有人认为凝胶颗粒应按照“1/3~1/7架桥理论”选取封堵颗粒的粒径，该理论认为封堵颗粒的粒径应为孔喉直径的1/3~1/7，通过颗粒在孔喉处的架桥作用形成稳定封堵，适用于刚性颗粒。但凝胶颗粒具有弹性形变能力，在受力时可能发生变形甚至破碎，导致架桥失效。因此，该理论的局限性在于未考虑颗粒的柔性特性[21]。也有人认为应该选择大于孔喉直径的凝胶颗粒作为封堵颗粒，该理论认为封堵颗粒的粒径应大于孔喉直径的颗粒，通过直接卡堵孔喉实现封堵。但凝胶颗粒的形变能力可能使其在高压下挤入孔喉，导致“进不去”现象仅在特定条件下成立，同时颗粒堆积后的协同效应也无法深入研究，高压环境下刚性颗粒封堵可参考该理论[22] [23]。还有人以“D50”和“D90”作为选取标准，该理论以颗粒的中值粒径(D50)或累积分布90%的粒径(D90)作为选择依据，侧重于颗粒分布的统计特征。然而，该标准未明确颗粒形变与孔喉动态匹配的机理[24]。本研究更侧重于研究弹性颗粒(凝胶)需结合形变能力与粒径匹配或通过多颗粒级配实现动态封堵的场景。
上述学者在提出理论时不仅考虑到了凝胶颗粒作为封堵颗粒在进行封堵时会发生形变甚至破碎的现象，而且注意凝胶颗粒与刚性颗粒之间的差异，这提醒我们需要从凝胶颗粒的注入参数、注入量、弹性系数(形变系数)等多个方面来研究凝胶颗粒与裂缝孔喉之间的匹配关系。通过实验验证，发现凝胶颗粒的形变系数是影响封堵效果的关键因素之一。即使颗粒粒径大于孔喉直径(如实验中的D:E组合)，若形变能力足够强，仍可能通过孔喉进行二次封堵，突破了传统“进不去”理论的限制。当颗粒粒径与孔喉直径比值为0.143~1时，颗粒既能通过形变适应孔喉结构，又能通过堆积形成稳定封堵墙。同时，实验发现，混合粒径颗粒(如C:D组合)可通过小颗粒填充骨架缝隙、大颗粒提供支撑，显著提升封堵率。这一结论弥补了单一粒径理论的不足。
2. 凝胶颗粒封堵机理
煤作为一种有机物，其表面的活性物质在与氧气接触后，会发生氧化反应放热，在井下这种半封闭环境下不断积聚热量，当通风条件合适时，氧气充足，风速适中，就会发生自燃，这个过程除了会释放大量的热，还会释放大量的气相产物，如：CO、CO2、SO2。煤自燃过程中的变化大体可分为两种：宏观变化和微观变化。宏观变化指煤温升高、质量减小、气象释放时间变化规律和释放量变化规律等；微观变化指煤的活性物质和活性官能团的变化。凝胶颗粒具有高吸水性，当其吸水膨胀后会具有一定的粘度和形变能力，当用浆液、装载机器等方式输送到地下采空区时，吸水后具有形变能力的凝胶颗粒在压力的作用下被挤压到媒体裂缝中，从而起到架桥堵塞的作用，这样就可以阻碍空气流动、切断氧气供给，遏制煤自然现象的发生。此外，由于凝胶颗粒吸水后，含水量极高形变能力增强，当煤自燃发生时，吸热变软，覆盖煤体表面，隔绝煤体与氧气的接触，同时其含有的水，能使煤体快速降温，达到防治煤自燃的目的。
2.1. 单颗粒封堵作用力分析
图1为单凝胶颗粒在孔喉中的封堵作用机理图。F为浆液–颗粒流作用力(挤压力)；F作用在孔喉处堆积的凝胶颗粒会形成向内的推力F1；F2、F3为凝胶颗粒之间作用力；F4为阻碍凝胶颗粒向内运动的摩擦力。
凝胶颗粒的形变会使凝胶颗粒在孔喉处的作用力发生矢量位移。当凝胶颗粒受力发生形变时，凝胶颗粒间的作用力F2、F3会发生矢量位移，即变为
和
。此时原来阻碍凝胶颗粒通过孔喉的反向作用力转变为凝胶颗粒通过孔喉的推力，从而帮助凝胶颗粒通过孔喉。而作用力的矢量位移程度取决于凝胶颗粒的形变程度，凝胶颗粒形变程度越大，作用力的矢量位移就越大。当凝胶颗粒被挤压到最大程度，即等同于刚性颗粒时，作用力难以发生矢量位移，此时凝胶颗粒完成封堵。但是由于煤层裂缝区成因复杂，裂缝具有互通、网络交叉、曲折蜿蜒等特点，所以凝胶颗粒需要足够大的压力和极优异的形变能力来克服阻力以到达裂缝的最深处，因此凝胶颗粒并不会完全进入到裂缝的最深处，而是多在某个孔喉区就开始堆积以形成封堵带，来达到封堵漏风预防煤自燃的效果。
Figure 1. Force analysis diagram of single particle in pore throat
图1. 单颗粒在孔喉中的作用力分析图
2.2. 多颗粒封堵作用力分析
图2为多凝胶颗粒在孔喉处的受力分析图。多个凝胶颗粒在孔喉处堆积形成稳定封堵墙后，会阻碍后续凝胶颗粒继续前进，使其无法进入裂缝更深处。如图2(a)所示，当凝胶颗粒形成封堵墙后，浆液–颗粒流作用力(挤压力) F会全部作用到的堵塞区的凝胶颗粒上，形成将凝胶颗粒向更深处推动的推力F1，凝胶颗粒间的相互挤压发生形变又形成两个作用力(分散力) F2、F3，同时还有煤体与颗粒，颗粒与颗粒间的阻碍颗粒流动的摩擦力F4。当F1小于F2、F3、F4的反向轴作用合力时，凝胶颗粒无法突破孔喉压力，从而在孔喉处进行堆积、卡堵；当F1大于F2、F3、F4的反向轴作用合力时，凝胶颗粒顺利突破孔喉，从而向裂缝更深处继续移动。如图2(b)所示，当凝胶颗粒在到达孔喉前就发生堆积形成封堵墙，原先应该作用在孔喉处的凝胶颗粒的浆液–颗粒流作用力(挤压力) F此时转而作用在封堵墙最外端的凝胶颗粒上，然后通力的传递，转而作用在颗粒之间，然后再传递到最深处孔喉处的凝胶颗粒上。在整个力的传递过程中，凝胶颗粒的F2、F3、F4的反向轴作用合力呈现由外往里依次递增的趋势，也就是说阻碍颗粒前进的力逐渐增大，进而削弱孔喉处的力F1，被削弱的F1无法使凝胶颗粒进行更进一步的形变，最终形成稳定的封堵墙。
Figure 2. Force analysis diagram of multiple particles in pore throat
图2. 多颗粒在孔喉中的作用力分析图
2.3. 凝胶颗粒封堵作用力分析
凝胶颗粒未吸水前具有一定的刚性，但是当其吸水膨胀后就会具有一定的韧性和弹性，使其具有一定的变形能力，当凝胶颗粒受力被挤压时，会发生弹性形变，从而使自身的形状与裂缝孔道进行适配[25]。凝胶颗粒在裂缝处的封堵机理如图3所示。
Figure 3. Schematic diagram of gel particle plugging
图3. 凝胶颗粒封堵示意图
整个封堵过程可以看成凝胶颗粒在压力区被压力挤入裂缝深处的过程。凝胶颗粒形成封堵墙的区域可以看成一个压力过渡区，往外为高压区，往内为低压区，压力过渡区有一个压差ΔP。当凝胶颗粒随载体经过裂缝时，在压差ΔP的作用下，凝胶颗粒会在此处快速堆积，并在压力和自身形变等多重因素下，顺利通过孔喉，往裂缝更深处移动。当颗粒通过孔喉，进入到更深处的裂缝处后，凝胶颗粒所受压力减小，在内部堆积后使得反向作用力增加，同时颗粒本身继续吸水膨胀，膨胀压继续增大，直到内外压力平衡。凝胶颗粒的封堵过程就是凝胶颗粒在煤体的裂缝、孔喉中不断滞留、挤压突破、堆积、架桥、沉降聚集、挤压填充、封堵成墙的过程[26]。
具体可以总结为：
凝胶颗粒进入裂缝后，受浆液–颗粒流作用力(挤压力)、颗粒相互作用力和自身重力等力的作用，分别有向流体方向和重力方向运动的趋势。但是当颗粒进入到孔喉处时，裂缝变窄，路径曲折，凝胶颗粒的运动受限，此时凝胶运动情况与其本身粒径有关。当颗粒粒径大于孔喉时，有3种情况：第一种，凝胶颗粒在压力的作用下形变至超过其弹性极限致其破碎，形成更小颗粒后通过孔喉，此时凝胶颗粒已无法恢复原状；第二种，凝胶颗粒形变能力很好，在压力挤压下，顺利通过孔喉，并在一定程度上恢复原状；第三种，由多颗粒或者较大的单颗粒进行堆积架桥形成支撑骨架，较小颗粒填充骨架缝隙。当颗粒粒径小于孔喉时，有3种情况：第一种，在压力的挤压下凝胶颗粒顺利通过孔喉，无法造成封堵；第二种，凝胶颗粒在浆料中结合形成多颗粒集团，到达孔喉时集团直径大于孔喉直径，由此在孔喉处形成支撑骨架，小颗粒填充骨架缝隙，完成封堵；第三种，凝胶颗粒吸水不饱和，有一定粘性，当经过孔喉时，粘附在煤体表面，由此互相粘连完成封堵。
此时要注意几个封堵要点：其一，凝胶颗粒在整个运输、挤压、填充等过程中，一直在吸水膨胀，使其形变能力不断提高，当受到挤压时能发生弹性形变，使其与裂缝孔喉更加匹配，以形成更致密的封堵层。其二，当凝胶颗粒形成支撑骨架(架桥)后，随后经过的凝胶颗粒更易被吸附、滞留，架桥颗粒的数量、形态、强度、位置等都会决定支撑骨架的强度。其三，凝胶颗粒形成封堵墙后，由于凝胶颗粒还在不断堆积，封堵压力随之增大，当压力增大到超过突破压力时，凝胶颗粒会再次发生形变，进而向更深处的孔喉移动，进行二次封堵。可见，凝胶颗粒的封堵过程不是一蹴而就的，而是封堵、突破、再封堵等等一系列的封堵与突破，直至形成稳定的封堵墙的过程。
3. 颗粒粒径与孔喉匹配关系实验方法
凝胶颗粒防治煤自然的机理是凝胶颗粒进入到煤体裂缝中，架桥堵漏，阻碍空气流动，切断氧气供给，遏制煤自燃现象发生。同时凝胶颗粒吸水后，含水量增加，当煤自燃导致其所处环境温度升高时，会吸热软化，覆盖煤体表面，降低煤体表面活性，隔绝煤体与氧气的接触，同时其内含有的水分也能使煤体迅速降温，以阻碍煤自燃继续进行。由此我们可以得知，凝胶颗粒在不断地吸水膨胀直至饱和，同时还有具有一定的弹性、粘性，所以我们可以通过分析凝胶颗粒粒径与孔喉大小的匹配关系来进一步了解凝胶颗粒的防治煤自然的作用机理。
由凝胶颗粒的封堵机理可以得知，凝胶颗粒架桥封堵的效果不仅与其粘性、弹性、刚性等性能有关，颗粒粒径与孔喉的匹配关系也至关重要。颗粒粒径太大，无法在指定位置封堵，即“进不去”；颗粒粒径太小，裂缝堵不住，即“堵不住”。所以本节着眼于“堵不住”和“进不去”这两个问题，研究凝胶颗粒粒径与裂缝孔喉之间的匹配关系。凝胶颗粒“堵不住”和“进不去”示意图如下图4所示。
Figure 4. Schematic diagram of gel particles “unable to block” and “unable to enter”
图4. 凝胶颗粒“堵不住”和“进不去”示意图
3.1. 破碎煤块孔喉尺寸分析
在多孔介质中，孔喉直径D的大小取决于破碎煤体(呈颗粒状)的大小和排列方式，当破碎煤体颗粒粒径分布均匀时，煤体颗粒的排列方式决定了孔喉的大小。
为方便计算，利用颗粒理想模型对孔喉直径D进行分析。下图5为煤体颗粒排列方式示意图，由图可以看出煤体颗粒的排列方式可以分为三颗粒排列、四颗粒排列、五颗粒排列和六颗粒排列，煤体颗粒堆积而成的孔喉直径随颗粒排列个数的增加而增大，三颗粒和四颗粒排列形成的孔喉直径D比颗粒粒径小很多，而五颗粒和六颗粒排列形成的孔喉直径D已经近乎和煤体颗粒本身粒径相当。在实际情况中，煤体颗粒在自身重力、上部碎岩压力等作用下排布紧密，五颗粒、六颗粒排列甚至更多颗粒排列产生的空洞也会填充进其他颗粒，最终形成三颗粒或四颗粒排列。当煤体颗粒以三颗粒排列方式形成的孔喉直径D最小，此时D3 = 0.31 R (R为理性状态煤体颗粒半径)，当煤体颗粒以四颗粒排列方式形成的孔喉直径D最大，此时D4 = 0.828 R (R为理性状态煤体颗粒半径)，由此可知，煤体颗粒之间的孔喉直径D应该介于两者之间。
Figure 5. Arrangement of broken coal blocks
图5. 破碎煤块排列方式图
同一条件下三颗粒和四颗粒排列之间具有固定的权重值α，利用该权重值可以计算出不同煤体颗粒粒径下形成的孔喉直径D的大小，计算公式如(3.1)所示。
D = αD1 + (1 − α)D2 (3.1)
一般情况下，权重值α在0.5左右，故本实验中α取0.5进行计算，即D = 0.5(D1 + D2)。根据该公式可以计算出不同煤体颗粒粒径下形成的孔喉直径D的大小。具体计算如表1所示。
Table 1. Diameter of coal block pore throat with different sizes
表1. 不同粒径煤块孔喉直径
煤体粒径(mm) |
D3 (mm) |
D4 (mm) |
D (mm) |
5 |
0.21 |
0.78 |
0.495 |
10 |
1.55 |
4.15 |
2.85 |
15 |
2.33 |
6.21 |
4.27 |
20 |
3.10 |
8.28 |
5.69 |
3.2. 实验设计
1) 实验设备和材料
实验装置采用实验室自主搭建的堵漏风测试系统，如图6所示。系统包含氮气瓶(送风装置)、减压阀、稳定阀、导气管、压力调节器、气体流量计、采空区模拟密封装置。采空区模拟密封装置使用直径10 cm、长22 cm的有机玻璃为主体，内部预先填充破碎煤体来模拟采空区，一端与空气联通，一端外接导气管用来和系统的其他模块联通，两端皆要用橡胶圈密封。压力调节器(量程0~0.4 MPa)和气体流量计(量程0~1 L∙min−1)可以调节流入采空区模拟装置内的压力和流量。
Figure 6. Air blockage and leakage test system
图6. 堵漏风测试系统
实验选取五种不同粒径的充分吸水至饱和的凝胶颗粒，按照不同的质量比均匀混合，根据以往论文总结可知，当添加凝胶颗粒体积是碎煤体积的1/2，进气压力设置为0.3 MPa，气体流速为1.0 L∙min−1时，采空区模拟装置达到突破压力，出现漏风现象。故此次实验采用上述数值为实验基准，分析不同粒径级配颗粒进入不同孔喉直径的难易程度和封堵效果。五种粒径凝胶颗粒分别选取80目(0.18 mm)、60目(0.25 mm)、40目(0.425 mm)、20目(0.85 mm)和10目(2 mm)，对上述五种颗粒分别编号为A、B、C、D和E。
2) 颗粒级配
本实验选取不同目数颗粒两两按照3:2和2:3比值进行均匀混合，凝胶颗粒粒径级配如表2所示，通过计算得出每组颗粒的平均粒径，分别对平均粒径的封堵效果进行分析。
Table 2. Different particle size grading
表2. 不同颗粒粒径级配
实验序号 |
颗粒编号比 |
比值 |
平均粒径(mm) |
1 |
A:B |
3:2 |
0.21 |
2 |
A:B |
2:3 |
0.22 |
3 |
B:C |
3:2 |
0.32 |
4 |
B:C |
2:3 |
0.36 |
5 |
C:D |
3:2 |
0.60 |
6 |
C:D |
2:3 |
0.68 |
7 |
D:E |
3:2 |
1.31 |
8 |
D:E |
2:3 |
1.54 |
4. 论颗粒粒径与孔喉匹配关系结果分析
4.1. 封堵效果差异的现象及机理分析
本实验研究了8种不同粒径的凝胶颗粒在输入压力为0.3 MPa，气体流速为1.0 L∙min−1时，对装有4
(a) (b)
Figure 7. Proportion (left) and plugging (right) results of 8 particle sizes entering 4 groups of fractures
图7. 8种粒径颗粒进入4组裂缝占比(左)和封堵(右)结果图
种不同孔喉直径的煤体的采空区模拟装置的封堵性能进行研究，凝胶颗粒进入裂缝的质量占比和封堵率与孔径的关系如图7所示。图中可以看出，当凝胶颗粒的平均粒径小于0.36 mm时，4种不同孔喉直径条件下的凝胶颗粒均100%进入，但随着凝胶颗粒平均粒径的增加，凝胶颗粒进入同等大小孔喉直径的质量分数逐渐降低，反之孔喉直径越大，凝胶颗粒进入的在质量分数越大。从封堵率实验结果可以看出，不同孔喉直径下的封堵率均随着平均粒径的增加而升高，最高可达100%。
Figure 8. Physical picture of proportion of particles entering the crack
图8. 颗粒进入裂缝占比实物图
再结合图8(a)可知，当凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值小于1/7 (约为0.143)时，凝胶颗粒虽然能够全部进入裂缝，但是封堵率却很低，究其原因是当凝胶颗粒粒径较小时，凝胶颗粒会在浆液–颗粒流作用力(挤压力) F的作用下发生形变，从而通过孔喉，这也是上述提到的“堵不住”现象。该现象的机理为小粒径颗粒(如A:B组合)形变能力较强，在浆液流作用力(F)下易通过孔喉，如图8(a)所示。即使进入裂缝，由于颗粒间作用力(F2, F3)较弱，无法形成稳定堆积，如图2所示，导致封堵率低。此时，颗粒的弹性形变反而成为劣势。
再结合图8(b)可知，当凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值为1/7~1 (约为0.143~1)时，凝胶颗粒不但能够全部进入裂缝，而且封堵率有所提升，凝胶颗粒粒径与孔喉直径的比值越大，封堵率越高，这是因为随着粒径的增加，较大的凝胶颗粒形变至极限仍不能通过孔喉，在孔喉处卡住后致使后续凝胶颗粒逐渐在此处堆积成堆，进而提高了封堵效果。该现象的机理为中等粒径颗粒(如B:C组合)在孔喉处发生部分形变，但未完全通过。颗粒间作用力增强，如图2(b)所示。例如，当比值接近1时(如D:E组合)，大颗粒在孔喉前端堆积，通过力的传递(F1→F2→F3)形成压力梯度，迫使后续颗粒填充缝隙，如图3所示，最终形成致密封堵墙。
再结合图8(c)可知，当凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值大于1时，虽然凝胶颗粒进入裂缝质量比降低，但是封堵率反而提高，这是因为部分较小的凝胶颗粒能穿过孔喉进入裂缝，但大多数较大粒径的凝胶颗粒容易卡在裂缝的入口处，从而影响后面颗粒的进入，也就是上述的“进不去”现象。该现象的机理为大粒径颗粒(如E颗粒)因初始粒径远大于孔喉直径，卡在裂缝入口处，如图4右所示，阻碍后续颗粒进入。此时封堵率虽高(如图7右所示)，但封堵位置集中于浅层，无法深入裂缝内部，实际防灭火效果有限。
4.2. 关键参数的协同作用及现状对比
实验表明，当颗粒形变能力(弹性模量)较高时，即使粒径较大(如D颗粒)，仍可通过形变挤入孔喉，如图1所示，但需控制形变程度以避免过度挤压导致封堵墙失稳，如图5所示。这表明形变能力与粒径的协同作用。
实验发现，提高颗粒堆积度(如混合级配C:D)可增加颗粒间接触面积，增强摩擦力(F4)和相互作用力(F2, F3)，从而抑制封堵墙变形，如图2所示。这与实验中封堵率随平均粒径增加而升高的趋势一致，如图7右所示。这表明堆积密度与封堵稳定性的协同作用。
传统架桥理论多强调刚性颗粒的静态架桥，而本研究通过实验证明，弹性颗粒的架桥需结合形变与堆积效应，封堵过程伴随多次突破与再封堵，如图3所示。此外，本研究进一步发现，在弹性颗粒体系中，D50需与形变能力联合优化，不能一概而论。例如，实验中C颗粒(0.425 mm)在孔喉直径5.69 mm (表1)下仍能有效封堵，因其形变能力弥补了粒径不足。
总的来说，凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值是影响凝胶颗粒封堵效果优劣的重要影响因素，当凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值小于1/7 (约为0.143)时，封堵效果最差，会出现“堵不住”现象；粒径与孔喉直径比值为1/7~1 (约为0.143~1)时，封堵效果最好；粒径与孔喉直径比值大于1时，凝胶颗粒堆积在裂缝表面，难以进入裂缝深处，会出现“进不去”现象。形变能力与粒径，堆积密度与封堵稳定性等关键参数的协同作用，造就了上述现象。
5. 结论
本文主要分析了凝胶颗粒封堵机理，通过实验室自制的堵漏风测试系统对凝胶颗粒的封堵特性和凝胶颗粒粒径与孔喉之间的匹配关系进行研究，最终得到凝胶颗粒粒径与孔喉直径的最佳封堵匹配关系。
研究了凝胶颗粒的封堵机理。凝胶颗粒在孔喉处的堵塞过程是架桥、沉降聚集、挤压变形、封堵失稳，最后形成稳定封堵隔离墙的过程。分析知封堵隔离墙可能是单个或者多个颗粒造成的堵塞，卡堵位置可以位于孔喉前端或孔喉处。当凝胶颗粒在孔喉前端进行封堵时，会减弱流体对凝胶颗粒的作用力，保证封堵裂缝的有效性。凝胶颗粒变形会导致力的矢量位移，造成封堵失效，这时需要颗粒具有很高的变形能力通过孔喉，到达下一处进行封堵。结果表明，提高裂缝处颗粒的堆积度与充填量，可以有效克服颗粒的失稳作用，实现有效封堵。
通过研究不同平均粒径凝胶颗粒与不同煤体裂缝孔喉之间的匹配关系，确定了凝胶颗粒封堵效果最好时凝胶颗粒粒径与孔喉直径比值为0.143~1。
致 谢
在学术研究的漫漫长路上，我心怀无尽感激。
我要诚挚地感谢我的导师，在研究方向上为我指引，在实验设计与数据分析中给予宝贵建议，每一次交流都让我受益匪浅。感谢实验室的伙伴们，在搭建堵漏风测试系统和进行实验时，我们并肩作战、共同攻克难题，你们的陪伴与帮助让研究之路不再孤单。
还要感谢提供研究资料和实验设备支持的各方力量，是你们的资源保障，使这项关于凝胶颗粒封堵性能的研究得以顺利开展。未来，我会继续在科研领域深耕，不辜负大家的支持与期望。