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多場耦合數(shù)值分析軟件對模型的正確性予以驗證,同時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。并通過實驗室含瓦斯煤巖常規(guī)三軸試驗結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對比,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:
　　①煤層內(nèi)瓦斯壓力會隨著鉆孔抽放時間的增加而降低,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@孔抽放的過程會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γ簬r內(nèi)瓦斯壓力的分布有影響,當(dāng)增加圍壓時,煤巖內(nèi)瓦斯壓力分布會高于低圍壓條件下的瓦斯壓力,同時,煤巖內(nèi)的孔隙率和滲透率都會下降,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。
　?、茇?fù)壓抽放對

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圍局部區(qū)域的瓦斯壓力略低于常用抽采,對于遠(yuǎn)離鉆孔的大部分區(qū)域來說,負(fù)壓抽放對煤層內(nèi)瓦斯壓力分布的影響幾乎可以忽略不計。
　　⑤增大鉆孔半徑有利于煤層內(nèi)部瓦斯下降、擴大有效抽放半徑,在同一時刻,瓦斯的有效抽放半徑會隨著鉆孔半徑的增加而增大,但是隨著鉆孔半徑的增加,這種增加的趨勢會不斷的放緩。
　?、薅嗫壮榉胚^程中,在靠近鉆孔的地方單一鉆孔對煤層內(nèi)瓦斯壓力影響較大,越靠近鉆