不同孔径下瓦斯流动机理及模型研究

瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,同时瓦斯也是21世纪战略性接替能源,但在其开采、治理过程中发生的吸附、解吸、扩散和渗流机理认识仍不清晰。基于前人研究成果,本文进行了以下工作: 1、介绍了煤的三维交联大分子结构,其中一些小分子量原子基团影响着对瓦斯气体的吸附。 2、总结了煤层裂隙、孔隙分类,依据其物理特性和二者构成的网络结构,论述了孔隙、裂隙系统在瓦斯气体吸附及质量传递过程中的不同作用。 3、探讨了煤瓦斯之间的吸附作用,估算了煤与瓦斯分子吸附势。讨论了瓦斯的扩散类型:Fick扩散、Knudsen扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散;指出考虑气体可压缩性、储层压力和温度等因素影响,按诺森数来判断扩散类型并不合适;提出了扩散系数公式: D = （1 -ω）Dfe +ωDne + Dse + DC。探讨了气体流动过程中的滑脱效应。 4、论述了瓦斯解吸、扩散、渗流运移机理,推导了可压缩气体的达西定律,建立了考虑滑脱作用下的瓦斯渗流扩散数学模型。 5、探讨了区别于等效连续介质假设的离散裂隙网络渗流理论,引入图论方法,建立了离散裂隙网络渗流模型,应用Matlab软件编制了模型求解程序。通过算例模拟验证了应用离散裂隙网络流动模型求解流体在煤岩体中流动的可行性。