本文關(guān)鍵詞：煤粒多尺度孔隙中瓦斯擴(kuò)散機理及動擴(kuò)散系數(shù)新模型

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【摘要】：為解決經(jīng)典擴(kuò)散模型不能準(zhǔn)確描述煤粒瓦斯全時擴(kuò)散的科學(xué)問題。采集我國典型礦區(qū)的代表性煤樣,開展了各種條件下的煤粒瓦斯擴(kuò)散實驗。采用經(jīng)典擴(kuò)散模型擬合實驗表明,某時刻前,擴(kuò)散率的實驗值大于理論值,此時刻后,實驗值小于理論值,此規(guī)律惟一。經(jīng)典擴(kuò)散模型不能準(zhǔn)確描述瓦斯擴(kuò)散全過程,誤差極大,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了煤粒瓦斯擴(kuò)散系數(shù)隨時間延長而衰減的特有現(xiàn)象。為此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假設(shè)煤粒中孔隙呈非均質(zhì)多尺度形態(tài)分布,并具有自相似分形結(jié)構(gòu),這種多尺度分形結(jié)構(gòu)孔隙決定了煤粒擴(kuò)散系數(shù)的多級分布,進(jìn)而決定了瓦斯宏觀擴(kuò)散力學(xué)機理,即,煤體由表及里,孔隙由大到小分級分布,其擴(kuò)散系數(shù)亦相應(yīng)的由大到小逐級遞減。擴(kuò)散初期,瓦斯從擴(kuò)散系數(shù)較大的大孔隙中快速逸出,擴(kuò)散后期,從擴(kuò)散系數(shù)較小的小孔隙中慢速逸出,直至深達(dá)微孔內(nèi)部。正是這種逐級遞減的孔隙形態(tài)及相應(yīng)的多級擴(kuò)散系數(shù)分布,形成了瓦斯擴(kuò)散系數(shù)隨時間延長而衰減的擴(kuò)散機理。根據(jù)這一物理假設(shè),引入初始擴(kuò)散系數(shù)D0、擴(kuò)散系數(shù)衰減系數(shù)β兩個參數(shù)反映擴(kuò)散系數(shù)動態(tài)衰減特征,提出了動擴(kuò)散系數(shù)數(shù)學(xué)模型,經(jīng)200余組數(shù)據(jù)檢驗,新模型能較準(zhǔn)確描述各條件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)擴(kuò)散全過程。新模型涵蓋了經(jīng)典單孔隙擴(kuò)散模型和雙孔隙模型,將其推廣到了多孔隙維度,并能解釋經(jīng)典單孔隙擴(kuò)散模型出現(xiàn)的問題,新模型在準(zhǔn)確性、簡單性、解釋性、預(yù)測性上優(yōu)于國外雙孔隙模型及其它經(jīng)驗公式。多尺度動擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散模型為準(zhǔn)確計算瓦斯(煤層氣)含氣量、儲量、突出預(yù)測指標(biāo),解釋各種條件下的瓦斯擴(kuò)散機理提供了新物理模型和計算新方法。
【作者單位】： 河南理工大學(xué)河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室-省部共建國家重點實驗室培育基地;重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室;河南理工大學(xué)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層(頁巖)氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(51004041) 長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊發(fā)展計劃資助項目(PCSIRT1235) 煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點實驗室開放課題資助項目(2011DA105287-KF201313)
【分類號】：TD712
【正文快照】： 擴(kuò)散數(shù)學(xué)物理模型是描述煤粒瓦斯釋放過程的理論基礎(chǔ),自20世紀(jì)60年代以來,煤礦及煤層氣工業(yè)界一直沿用經(jīng)典擴(kuò)散模型進(jìn)行煤層氣(瓦斯)含氣量測定、儲量計算、瓦斯突出預(yù)測及檢驗指標(biāo)的測定。學(xué)術(shù)界則以經(jīng)典擴(kuò)散模型為理論基礎(chǔ)進(jìn)行各種條件下CH4,CO2,N2擴(kuò)散機理的研究。學(xué)界早已

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本文編號：1139875