【摘要】：針對(duì)原生煤和構(gòu)造煤2類煤種的瓦斯擴(kuò)散進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:與原生煤相比,構(gòu)造煤的瓦斯擴(kuò)散率前期增加更加迅速,后期衰減也更加迅速;構(gòu)造煤的全過(guò)程擴(kuò)散率一直大于原生煤。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),擴(kuò)散系數(shù)是隨時(shí)間增大而逐漸衰減的變量,為此提出動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式,建立了動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)新擴(kuò)散模型。通過(guò)驗(yàn)證,新擴(kuò)散模型對(duì)不同煤種的構(gòu)造煤瓦斯擴(kuò)散全程能夠準(zhǔn)確描述,擬合精度均高于經(jīng)典模型,表明新擴(kuò)散模型更加精確、適用范圍更廣泛。
【圖文】：

其在相同溫度和瓦斯壓力下吸附的瓦斯量也不相同。為避免因吸附量不同而引起的擴(kuò)散過(guò)程的差異，在比較構(gòu)造煤和原生煤瓦斯擴(kuò)散特征時(shí)采用擴(kuò)散率Qt/Q∞進(jìn)行描述，Qt為t時(shí)刻累積擴(kuò)散量，Q∞為極限擴(kuò)散量(Q∞=Q－Qa，Qa為同溫大氣壓下的含氣量，亦按式(1)計(jì)算)。Q=abp1+bp(100－A100)+10p鐖·273ρ(273+tw)(1)式中:Q為各溫度下總瓦斯含量，g/cm3;a、b為各溫度下吸附常數(shù);p為吸附平衡壓力，MPa;A為灰分;鐖為孔隙率;ρ為視密度，g/cm3;tw為溫度，K。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2。由圖1、圖2可知，整體上構(gòu)造煤的瓦斯擴(kuò)散率前期增加迅速，后期衰減迅速，最后增長(zhǎng)趨于平緩;相比而言，原生煤的瓦斯擴(kuò)散率前期增加幅度和后期的衰減幅度相對(duì)較小，整圖1九里山構(gòu)造煤和原生煤的擴(kuò)散率圖2天府集團(tuán)構(gòu)造煤和原生煤的擴(kuò)散率條擴(kuò)散率曲線相對(duì)平緩。2種煤的構(gòu)造煤全程擴(kuò)散率均大于原生煤。根據(jù)文獻(xiàn)［8］，，構(gòu)造煤的孔隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)育，微孔和過(guò)渡孔的孔容和比表面積所占比例遠(yuǎn)大于原生煤，這就使得構(gòu)造煤能夠吸附的瓦斯量也大于原生煤，并且過(guò)渡孔比例的增加為孔隙內(nèi)擴(kuò)散的瓦斯提供了更大的運(yùn)移通道，能夠使相同時(shí)間內(nèi)更多的瓦斯從孔隙中擴(kuò)散出來(lái)�；谶@些特點(diǎn)，構(gòu)造煤的擴(kuò)散率相比于原生煤才表現(xiàn)出了前期增加迅速、后期衰減迅速的特點(diǎn)。而以上僅是外在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的定性分析，工程應(yīng)用時(shí)需要一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。2動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)的發(fā)現(xiàn)2．1經(jīng)典擴(kuò)散模型經(jīng)典擴(kuò)散模型是在Fick定律基礎(chǔ)上，做以下假設(shè):①煤粒由球形顆粒組成;②煤粒為均質(zhì)、各向同性體;③瓦斯流動(dòng)遵從質(zhì)量守恒定律。在以上條件下，忽略濃度C和時(shí)間t對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響［1］，從而得到球坐標(biāo)下擴(kuò)散第二定律:鐓C鐓t=D(

嗤嚅露群屯咚寡沽ο攣忝降耐咚沽懇膊幌?同。為避免因吸附量不同而引起的擴(kuò)散過(guò)程的差異，在比較構(gòu)造煤和原生煤瓦斯擴(kuò)散特征時(shí)采用擴(kuò)散率Qt/Q∞進(jìn)行描述，Qt為t時(shí)刻累積擴(kuò)散量，Q∞為極限擴(kuò)散量(Q∞=Q－Qa，Qa為同溫大氣壓下的含氣量，亦按式(1)計(jì)算)。Q=abp1+bp(100－A100)+10p鐖·273ρ(273+tw)(1)式中:Q為各溫度下總瓦斯含量，g/cm3;a、b為各溫度下吸附常數(shù);p為吸附平衡壓力，MPa;A為灰分;鐖為孔隙率;ρ為視密度，g/cm3;tw為溫度，K。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1、圖2。由圖1、圖2可知，整體上構(gòu)造煤的瓦斯擴(kuò)散率前期增加迅速，后期衰減迅速，最后增長(zhǎng)趨于平緩;相比而言，原生煤的瓦斯擴(kuò)散率前期增加幅度和后期的衰減幅度相對(duì)較小，整圖1九里山構(gòu)造煤和原生煤的擴(kuò)散率圖2天府集團(tuán)構(gòu)造煤和原生煤的擴(kuò)散率條擴(kuò)散率曲線相對(duì)平緩。2種煤的構(gòu)造煤全程擴(kuò)散率均大于原生煤。根據(jù)文獻(xiàn)［8］，構(gòu)造煤的孔隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)育，微孔和過(guò)渡孔的孔容和比表面積所占比例遠(yuǎn)大于原生煤，這就使得構(gòu)造煤能夠吸附的瓦斯量也大于原生煤，并且過(guò)渡孔比例的增加為孔隙內(nèi)擴(kuò)散的瓦斯提供了更大的運(yùn)移通道，能夠使相同時(shí)間內(nèi)更多的瓦斯從孔隙中擴(kuò)散出來(lái)�；谶@些特點(diǎn)，構(gòu)造煤的擴(kuò)散率相比于原生煤才表現(xiàn)出了前期增加迅速、后期衰減迅速的特點(diǎn)。而以上僅是外在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的定性分析，工程應(yīng)用時(shí)需要一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。2動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)的發(fā)現(xiàn)2．1經(jīng)典擴(kuò)散模型經(jīng)典擴(kuò)散模型是在Fick定律基礎(chǔ)上，做以下假設(shè):①煤粒由球形顆粒組成;②煤粒為均質(zhì)、各向同性體;③瓦斯流動(dòng)遵從質(zhì)量守恒定律。在以上條件下，忽略濃度C和時(shí)間t對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響［1］，從而得到球坐標(biāo)下擴(kuò)散第二定律:鐓C鐓t=D(鐓
【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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地;重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中原經(jīng)濟(jì)區(qū)煤層(頁(yè)巖氣)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51004041) 長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(PCSIRT1235) 煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助項(xiàng)目(2011DA105287-KF201313) 河南理工大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目(B2010-35)
【分類號(hào)】：TD712.3

【參考文獻(xiàn)】

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4 秦躍平;王翠霞;王健;楊小彬;;煤粒瓦斯放散數(shù)學(xué)模型及數(shù)值解算[J];煤炭學(xué)報(bào);2012年09期

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10 記者 錢海山 通訊員 袁宏偉;河南最大瓦斯電廠年底投產(chǎn)[N];中國(guó)煤炭報(bào);2005年

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1 董丁穩(wěn);基于安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)預(yù)警研究[D];西安科技大學(xué);2012年

2 李剛;瓦斯?jié)舛鹊姆中畏治雠c混沌預(yù)測(cè)模型研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;2009年

3 劉彥偉;煤粒瓦斯放散規(guī)律、機(jī)理與動(dòng)力學(xué)模型研究[D];河南理工大學(xué);2011年

4 劉紀(jì)坤;煤體瓦斯吸附解吸過(guò)程熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);2012年

5 陳向軍;外加水分對(duì)煤的瓦斯解吸動(dòng)力學(xué)特性影響研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2013年

6 魏明堯;含瓦斯煤體氣固耦合滲流機(jī)理及應(yīng)用研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2013年

7 羅維;雙重孔隙結(jié)構(gòu)煤體瓦斯解吸流動(dòng)規(guī)律研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;2013年

8 劉延保;基于細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)的含瓦斯煤體變形破壞規(guī)律研究[D];重慶大學(xué);2009年

9 程慶迎;低透煤層水力致裂增透與驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2012年

10 李建樓;聲波作用下煤體瓦斯解吸與放散特征研究[D];安徽理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 時(shí)天;基于混沌時(shí)間序列的瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)研究[D];西安科技大學(xué);2009年

2 孫銳;泥漿介質(zhì)非等壓條件下煤芯瓦斯解吸規(guī)律研究[D];河南理工大學(xué);2010年

3 孫維吉;不同孔徑下瓦斯流動(dòng)機(jī)理及模型研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2007年

4 管玲玲;基于藍(lán)光平臺(tái)的瓦斯?jié)舛确治龅难芯颗c實(shí)現(xiàn)[D];山東科技大學(xué);2011年

5 閻東慧;高瓦斯礦井掘進(jìn)通風(fēng)瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究[D];西安科技大學(xué);2012年

6 楊靜;礦用瓦斯?jié)舛葯z測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];西安工業(yè)大學(xué);2014年

7 周翔;瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及瓦斯流分析與程序設(shè)計(jì)[D];西安科技大學(xué);2005年

8 趙勇;煤吸附/解吸瓦斯的低頻振動(dòng)特性試驗(yàn)研究[D];西安科技大學(xué);2011年

9 李銘輝;采動(dòng)條件下煤巖力學(xué)特性及瓦斯運(yùn)移時(shí)空演化規(guī)律[D];重慶大學(xué);2013年

10 丁潤(rùn)東;瓦斯粉塵協(xié)同檢測(cè)與預(yù)警研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2520653