考虑吸附/解吸热效应的含瓦斯煤热-流-固耦合模型及数值模拟

发布时间：2021-06-24 02:13

　　为了研究煤吸附/解吸瓦斯热效应对煤与瓦斯突出前兆信息演化规律及互耦关系的影响,开展了煤吸附/解吸瓦斯热效应实验,建立了不同压力梯度下的煤体温度变化方程,进而构建了反映采场孔隙率与渗透率动态演化、瓦斯吸附-解吸-扩散以及能量积聚与耗散等过程的热-流-固耦合模型。以耦合模型为基础,进行了煤与瓦斯相互作用机理数值模拟。结果表明:相同压力梯度时,煤体温度和瓦斯压力自煤壁向煤层内部逐渐升高,渗透率在工作面推进方向上呈现为先减小后增大;应力集中区内,地应力主导煤体渗透率的变化,应力集中区外,煤吸附/解吸瓦斯热效应引起的热膨胀应变、游离瓦斯产生的压缩应变和吸附膨胀应变起主导作用;随瓦斯压力梯度增大,煤体温度升高,瓦斯压力增大,煤体变形增大、变形量较小,渗透率逐渐减小,渗透率的降低量随瓦斯压力梯度增大而减小,吸附/解吸热效应对煤与瓦斯相互作用关系的影响逐渐减弱。 

【文章来源】：采矿与安全工程学报. 2020,37(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

真三轴煤吸附/解吸瓦斯温度变化测量试验装置

试验所用煤样取自阳煤集团新景煤矿，该矿属于高瓦斯突出矿井，主采3#煤层为突出煤层，在掘进头取得40 cm×40 cm原煤试样，井下密封包装后在试验室用切割机将煤样切割为5 cm×5 cm×10 cm的方形试件，然后用磨平机打磨平整，图2为制备完成的试验煤样，煤样的基础参数如表2。1.3 试验结果

图4为不同瓦斯压力梯度下解吸试验结果对比，同一压力梯度下阶梯解吸过程中煤样温度变化量减小；随瓦斯压力梯度的增大，每次降压引起的煤样温度变化量逐渐增大，累计温度降低量减小。阶梯解吸引起的煤样温度变化量由大到小的顺序为0.6 MPa/次>0.4 MPa/次>0.2 MPa/次。1.3.3 煤样温度累积量变化规律

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]低渗透煤层气开采的热—流—固耦合作用机理及应用研究[D]. 张丽萍.中国矿业大学 2011
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本文编号：3246149