构造煤多尺度孔隙中瓦斯扩散的动扩散系数新模型
【图文】：
其在相同温度和瓦斯压力下吸附的瓦斯量也不相同。为避免因吸附量不同而引起的扩散过程的差异，在比较构造煤和原生煤瓦斯扩散特征时采用扩散率Qt/Q∞进行描述，Qt为t时刻累积扩散量，Q∞为极限扩散量(Q∞=Q－Qa，Qa为同温大气压下的含气量，亦按式(1)计算)。Q=abp1+bp(100－A100)+10p鐖·273ρ(273+tw)(1)式中:Q为各温度下总瓦斯含量，g/cm3;a、b为各温度下吸附常数;p为吸附平衡压力，MPa;A为灰分;鐖为孔隙率;ρ为视密度，g/cm3;tw为温度，K。实验结果如图1、图2。由图1、图2可知，整体上构造煤的瓦斯扩散率前期增加迅速，后期衰减迅速，最后增长趋于平缓;相比而言，原生煤的瓦斯扩散率前期增加幅度和后期的衰减幅度相对较小，整图1九里山构造煤和原生煤的扩散率图2天府集团构造煤和原生煤的扩散率条扩散率曲线相对平缓。2种煤的构造煤全程扩散率均大于原生煤。根据文献［8］，，构造煤的孔隙结构非常发育，微孔和过渡孔的孔容和比表面积所占比例远大于原生煤，这就使得构造煤能够吸附的瓦斯量也大于原生煤，并且过渡孔比例的增加为孔隙内扩散的瓦斯提供了更大的运移通道，能够使相同时间内更多的瓦斯从孔隙中扩散出来。基于这些特点，构造煤的扩散率相比于原生煤才表现出了前期增加迅速、后期衰减迅速的特点。而以上仅是外在实验现象的定性分析，工程应用时需要一个准确的数学模型来描述。2动扩散系数的发现2．1经典扩散模型经典扩散模型是在Fick定律基础上，做以下假设:①煤粒由球形颗粒组成;②煤粒为均质、各向同性体;③瓦斯流动遵从质量守恒定律。在以上条件下，忽略浓度C和时间t对扩散系数的影响［1］，从而得到球坐标下扩散第二定律:鐓C鐓t=D(
嗤嚅露群屯咚寡沽ο挛忝降耐咚沽恳膊幌?同。为避免因吸附量不同而引起的扩散过程的差异，在比较构造煤和原生煤瓦斯扩散特征时采用扩散率Qt/Q∞进行描述，Qt为t时刻累积扩散量，Q∞为极限扩散量(Q∞=Q－Qa，Qa为同温大气压下的含气量，亦按式(1)计算)。Q=abp1+bp(100－A100)+10p鐖·273ρ(273+tw)(1)式中:Q为各温度下总瓦斯含量，g/cm3;a、b为各温度下吸附常数;p为吸附平衡压力，MPa;A为灰分;鐖为孔隙率;ρ为视密度，g/cm3;tw为温度，K。实验结果如图1、图2。由图1、图2可知，整体上构造煤的瓦斯扩散率前期增加迅速，后期衰减迅速，最后增长趋于平缓;相比而言，原生煤的瓦斯扩散率前期增加幅度和后期的衰减幅度相对较小，整图1九里山构造煤和原生煤的扩散率图2天府集团构造煤和原生煤的扩散率条扩散率曲线相对平缓。2种煤的构造煤全程扩散率均大于原生煤。根据文献［8］，构造煤的孔隙结构非常发育，微孔和过渡孔的孔容和比表面积所占比例远大于原生煤，这就使得构造煤能够吸附的瓦斯量也大于原生煤，并且过渡孔比例的增加为孔隙内扩散的瓦斯提供了更大的运移通道，能够使相同时间内更多的瓦斯从孔隙中扩散出来。基于这些特点，构造煤的扩散率相比于原生煤才表现出了前期增加迅速、后期衰减迅速的特点。而以上仅是外在实验现象的定性分析，工程应用时需要一个准确的数学模型来描述。2动扩散系数的发现2．1经典扩散模型经典扩散模型是在Fick定律基础上，做以下假设:①煤粒由球形颗粒组成;②煤粒为均质、各向同性体;③瓦斯流动遵从质量守恒定律。在以上条件下，忽略浓度C和时间t对扩散系数的影响［1］，从而得到球坐标下扩散第二定律:鐓C鐓t=D(鐓
【作者单位】： 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室;中原经济区煤层(页岩气)河南省协同创新中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51004041) 长江学者和创新团队发展计划资助项目(PCSIRT1235) 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室开放课题资助项目(2011DA105287-KF201313) 河南理工大学博士基金资助项目(B2010-35)
【分类号】：TD712.3
【参考文献】
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1 聂百胜,王恩元,郭勇义,吴世跃,卫建锋;煤粒瓦斯扩散的数学物理模型[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年06期
2 杨其銮;王佑安;;煤屑瓦斯扩散理论及其应用[J];煤炭学报;1986年03期
3 富向;王魁军;杨天鸿;;构造煤的瓦斯放散特征[J];煤炭学报;2008年07期
4 秦跃平;王翠霞;王健;杨小彬;;煤粒瓦斯放散数学模型及数值解算[J];煤炭学报;2012年09期
5 李云波;张玉贵;张子敏;姜波;;构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究[J];煤炭学报;2013年01期
【共引文献】
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1 田智威;;煤层气渗流理论及其研究进展[J];地质科技情报;2010年01期
2 王克全;瓦斯径向流动理论研究[J];煤炭工程师;1993年02期
3 徐伟;;鹤壁八矿二_1煤层构造发育特征及对瓦斯灾害的控制作用研究[J];矿业安全与环保;2012年01期
4 余楚新,鲜学福,谭学术;煤层瓦斯流动理论及渗流控制方程的研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1989年05期
5 陆昌国，鲜晓红，张代钧，鲜学福;无烟煤及其炭化样吸附甲烷的动力学研究[J];重庆大学学报(自然科学版);1995年03期
6 聂百胜,王恩元,郭勇义,吴世跃,卫建锋;煤粒瓦斯扩散的数学物理模型[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);1999年06期
7 傅雪海,秦勇,李贵中;储层渗透率研究的新进展[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年06期
8 冯增朝;赵阳升;杨栋;段康廉;;瓦斯排放与煤体变形规律试验研究[J];辽宁工程技术大学学报;2006年01期
9 王志文,廖义奎,陈积光,韦卫星;真空干燥的一维理论研究[J];广西民族学院学报(自然科学版);2004年01期
10 刘军;王兆丰;;煤变质程度对瓦斯放散初速度的影响[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2013年06期
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2 富向;王魁军;何俊忠;;构造煤的瓦斯放散特征[A];煤矿重大灾害防治技术与实践——2008年全国煤矿安全学术年会论文集[C];2008年
3 龙威成;孙四清;牛大伟;龙亚平;;浅析煤层瓦斯单向流动理论的应用[A];煤矿瓦斯地质与抽采利用研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集（2012）[C];2012年
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3 田智威;;煤层气渗流理论及其研究进展[J];地质科技情报;2010年01期
4 孙贤斌,孙东玲;突出预测指标K_1和f值确定临界值试验研究[J];矿业安全与环保;2000年04期
5 任晓娟;张国辉;缪飞飞;;低渗多孔介质非达西渗流启动压力梯度存在判识[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S1期
6 王杨;杨胜来;吴彬;李智锋;;大庆特低渗砂岩单相水启动压力梯度实验研究[J];复杂油气藏;2010年01期
7 郝吉生,袁崇孚,张子戌;构造煤及其对煤与瓦斯突出的控制作用[J];焦作工学院学报(自然科学版);2000年06期
8 赵志根,唐修义;对煤吸附甲烷的Lang muir方程的讨论[J];焦作工学院学报(自然科学版);2002年01期
9 徐良才;郭英海;公衍伟;王怀勐;;浅谈中国主要能源利用现状及未来能源发展趋势[J];能源技术与管理;2010年03期
10 李云浩;杨清岭;杨鹏;;煤层瓦斯流动的数值模拟及在煤壁的应用[J];中国安全生产科学技术;2007年02期
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9 李铭辉;采动条件下煤岩力学特性及瓦斯运移时空演化规律[D];重庆大学;2013年
10 丁润东;瓦斯粉尘协同检测与预警研究[D];齐鲁工业大学;2013年
本文编号：2520653
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