含瓦斯煤流固耦合數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用.pdf

1、為了研究含瓦斯煤巖中瓦斯運(yùn)移規(guī)律,以多孔介質(zhì)有效應(yīng)力原理為基礎(chǔ),考慮含瓦斯煤巖的孔隙率、滲透率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律以及煤巖的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,建立起了含瓦斯煤彈塑性流固耦合數(shù)學(xué)模型。借助于COMSOL Multiphysics多場(chǎng)耦合數(shù)值分析軟件對(duì)模型的正確性予以驗(yàn)證,同時(shí)分析了煤巖中瓦斯鉆孔抽放影響因素。本文取得了以下研究成果:
　　(1)建立起了含瓦斯煤彈塑性流固耦合數(shù)學(xué)模型。該模型能夠充分反映煤巖變形條件下的煤巖孔隙率和滲透率的動(dòng)態(tài)變

2、化規(guī)律、彈塑性本構(gòu)關(guān)系;氣體的可壓縮性以及氣體滲流的滑脫效應(yīng);瓦斯?jié)B流與煤巖變形之間的耦合關(guān)系。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)室含瓦斯煤巖常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:本文所建立的模型能夠較好的反映含瓦斯煤在三軸應(yīng)力作用下瓦斯的滲流規(guī)律和煤巖的變形特性。
　　(2)對(duì)含瓦斯煤瓦斯鉆孔抽放的影響因素進(jìn)行了模擬分析,得出了以下結(jié)論:
　?、倜簩觾?nèi)瓦斯壓力會(huì)隨著鉆孔抽放時(shí)間的增加而降低,而且在鉆孔抽放初始階段瓦斯壓力下降明顯,隨著抽放

3、時(shí)間的增加煤層內(nèi)瓦斯壓力下降速度降低。
　?、谕咚广@孔抽放的過(guò)程會(huì)煤巖骨架受到的有效應(yīng)力增加,從而導(dǎo)致煤巖的孔隙率和滲透率下降,正是由于這個(gè)原因才使煤層瓦斯鉆孔抽放后期瓦斯壓力下降速度明顯減緩。
　?、蹏鷫簩?duì)煤巖內(nèi)瓦斯壓力的分布有影響,當(dāng)增加圍壓時(shí),煤巖內(nèi)瓦斯壓力分布會(huì)高于低圍壓條件下的瓦斯壓力,同時(shí),煤巖內(nèi)的孔隙率和滲透率都會(huì)下降,而且在靠近鉆孔的地方下降得更為明顯。煤巖卸壓狀態(tài)下有利于瓦斯的抽放。
　　④負(fù)壓抽放對(duì)

4、于煤層內(nèi)瓦斯壓力的改變是非常有限的,負(fù)壓抽采只是使鉆孔周?chē)植繀^(qū)域的瓦斯壓力略低于常用抽采,對(duì)于遠(yuǎn)離鉆孔的大部分區(qū)域來(lái)說(shuō),負(fù)壓抽放對(duì)煤層內(nèi)瓦斯壓力分布的影響幾乎可以忽略不計(jì)。
　　⑤增大鉆孔半徑有利于煤層內(nèi)部瓦斯下降、擴(kuò)大有效抽放半徑,在同一時(shí)刻,瓦斯的有效抽放半徑會(huì)隨著鉆孔半徑的增加而增大,但是隨著鉆孔半徑的增加,這種增加的趨勢(shì)會(huì)不斷的放緩。
　?、薅嗫壮榉胚^(guò)程中,在靠近鉆孔的地方單一鉆孔對(duì)煤層內(nèi)瓦斯壓力影響較大,越靠近鉆