煤粒瓦斯放散数学模型及数值解算-秦跃平

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1、第37卷第9期煤炭学报Vol．37No．92012年9月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYSep．2012文章编号:0253－9993(2012)09－1466－06煤粒瓦斯放散数学模型及数值解算秦跃平，王翠霞，王健，杨小彬(中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京100083)摘要:为了研究煤粒瓦斯的解吸和放散规律，设计了煤粒瓦斯解吸实验，得到不同粒径煤样在不同初始压力条件下累积解吸量随时间变化的实测曲线。根据达西定律，建立煤粒瓦斯放散的数学模型，运用有限差分法对数学模型进行处理，利用VisualBasic语言编制计算机程序对数学模型进行解算，得出煤粒内

2、部瓦斯压力变化规律和煤粒内不同压力下的累积解吸量。通过对比模拟结果和实验结果，得出瓦斯从煤粒中放散出来符合达西定律。关键词:煤粒;瓦斯;解吸;放散;数学模型;数值解算中图分类号:TD712.6文献标志码:AMathematicalmodelofgasemissionincoalparticlesandthenumericalsolutionQINYue-ping，WANGCui-xia，WANGJian，YANGXiao-bin(FacultyofResources＆SafetyEngineering，ChinaUniversityofMining＆Technology(Be

3、ijing)，Beijing100083，China)Abstract:Inordertostudythelawofgasdesorptionandemission，adesorptionexperimentofcoalparticlesindiffer-entsizesunderdifferentinitialpressureswasdesigned．Andthemeasuredcurvesofgasdesorptionaccumulatedamountwiththechangeoftimewereobtained．AccordingtoDarcylaw，thepapera

4、lsobuiltthemathematicalmodelofgasemissionwhichwasdisposedwithfinitedifferencemethod．ThevisualBasiclanguagewasusedtosolveandcaculatethemathematicalmodel．Thevariationregulationofgaspressureintheintercoalparticleandtheaccumulativedesorp-tionquantityatdifferentpressurearefinallyobtained．Through

5、comparingthesimulationresultsandexperimentre-sults，theconclusionshowsthatthegasemissionfromthecoalparticlescorrespondstoDarcylaw．Keywords:coalparticles;gas;desorption;emission;mathematicalmodel;numericalsolution在我国煤矿重特大事故中，瓦斯事故所占比重最流动服从Fick扩散定律，而纯渗透模型认为煤层气［4］大。研究煤中瓦斯解吸和放散规律，对于认识煤层瓦在煤层中的流动服从

6、线性达西渗透定律。富向等斯流动机理，计算煤的瓦斯含量变化及采落煤瓦斯涌认为构造煤在应力降低或解除时，瓦斯运移规律用菲［5－7］出量，预测煤与瓦斯的突出，确定瓦斯抽采参数等都克定律描述比达西定律更合理。陈富勇等认为有重要意义。韧性变形煤的微孔隙比较发达，所以韧性变形煤以煤是一种多孔介质，当煤体内瓦斯气体存在压力Knudsen扩散为主，脆性变形煤的中、大孔隙所占比梯度时，瓦斯在煤体中会发生运移与扩散，而该过程例较大，而且脆性变形煤的孔隙之间具有很好的连通是个复杂的过程。国内外学者对此开展了大量的研性，所以脆性变形煤以Fick型扩散为主，脆－韧性变［1－3］究工作。田智威等综述了目

7、前国内外提出的一形煤以及接近脆－韧性变形煤的脆性变形煤和韧性［8－12］些有关瓦斯流动或运移的微观模型，主要有纯扩散模变形煤均以过渡型扩散为主。谢全等通过试验型和纯渗透模型。纯扩散模型认为瓦斯在煤层中的验证低渗透岩芯单相渗流符合达西定律，多孔介质壁收稿日期:2012－06－21责任编辑:张晓宁基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2011CB201202)作者简介:秦跃平(1964—)，男，山西夏县人，教授。E－mail:qyp_0127@163.com第9期秦跃平等:煤粒瓦斯放散数学模