考慮吸附解吸的受載含瓦斯煤滲流規(guī)律與氣固動(dòng)態(tài)耦合模型研究.pdf

1、煤層瓦斯是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要危險(xiǎn)源之一，同時(shí)作為一種清潔、高效的能源又具有很高的抽采利用價(jià)值。本文基于煤體孔隙-裂隙雙重介質(zhì)的結(jié)構(gòu)模型，分析研究了瓦斯在煤體內(nèi)部的儲(chǔ)集方式、運(yùn)移規(guī)律及產(chǎn)出理論，為受載煤體瓦斯流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立提供了理論基礎(chǔ)。
　　本文假設(shè)處于吸附狀態(tài)的瓦斯在煤體基質(zhì)中的擴(kuò)散和處于游離狀態(tài)的瓦斯在煤體裂隙中的滲流共同組成了煤體瓦斯的流動(dòng)場(chǎng)。裂隙及大孔隙中游離瓦斯在煤層中的運(yùn)移規(guī)律遵從達(dá)西定律，小孔隙中吸附態(tài)的瓦斯

2、在煤體中運(yùn)移規(guī)律遵從菲克擴(kuò)散定律。流動(dòng)的發(fā)生導(dǎo)致原本的吸附解吸動(dòng)態(tài)平衡被打破，孔隙系統(tǒng)與裂隙系統(tǒng)中的煤體瓦斯要發(fā)生質(zhì)量交換?；谝陨匣驹?，在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上建立了受載含瓦斯煤體瓦斯流動(dòng)數(shù)學(xué)模型。并考慮瓦斯流動(dòng)過程中煤體有效應(yīng)力變化及吸附膨脹效應(yīng)等綜合因素影響，建立了煤體孔隙度及滲透率的動(dòng)態(tài)演化模型。
　　本文以含瓦斯原煤實(shí)驗(yàn)煤樣為研究對(duì)象，利用自行研發(fā)的含瓦斯煤熱-流-固-力耦合吸附-解吸-滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了受載含瓦斯煤體滲

3、流解吸實(shí)驗(yàn)，并采用非吸附性氣體氦氣（He）標(biāo)定的方法進(jìn)行了受載煤體孔隙度測(cè)定實(shí)驗(yàn)。通過上述實(shí)驗(yàn)測(cè)取了受載煤體在不同吸附平衡壓力下的煤樣初始滲透率及初始孔隙度，為受載煤體瓦斯流動(dòng)模型的數(shù)值計(jì)算提供必要參數(shù)數(shù)據(jù)。
　　通過對(duì)受載煤體瓦斯流動(dòng)模型的數(shù)值計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)比，模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果在煤樣初始孔隙度、初始滲透率及實(shí)驗(yàn)煤樣出口流量等數(shù)據(jù)上具有較好的一致性。數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著瓦斯在煤體中的流動(dòng)，煤體內(nèi)的孔隙壓力