煤层瓦斯抽采流-固-热耦合模型研究及数值模拟

"基于流-固-热耦合的煤层瓦斯抽采数值模拟研究" 在煤矿安全生产中，瓦斯抽采是降低瓦斯灾害的关键技术。本文针对这一主题，详细探讨了如何通过建立流-固-热耦合模型来提高煤层瓦斯抽采效果的预测精度，并揭示在瓦斯抽采过程中的煤层参数变化规律。作者凡永鹏通过结合煤岩结构、瓦斯煤层内的运移特性，以及岩体力学、渗流力学和传热学的理论，构建了一个综合模型。 流-固-热耦合模型考虑了煤层在瓦斯抽采时的多物理场交互作用，即流体流动（瓦斯流动）、固体变形（煤层的机械响应）和热量传递（温度变化）。该模型的数值模拟结果显示，模型计算结果与实际工程情况相一致，证明了模型的有效性和实用性。在瓦斯抽采过程中，煤层的温度、瓦斯压力和产气速率都随时间的增加而下降，这表明瓦斯抽采活动显著影响煤层的温度变化。 进一步的研究发现，瓦斯抽采导致的吸附量减少和温度降低使得煤基质的应变降低，这超过了因煤层压力降低引起的应变增加，从而提高了煤体的渗透率。然而，煤体渗透率的增长速率受到瓦斯运移和解吸速度的影响，随着时间推移，这种增长率逐渐减缓。这表明在抽采后期，虽然煤层的透气性有所提升，但提升的速度会逐渐放缓。 煤层气的抽采对于预防煤矿瓦斯灾害至关重要。随着煤炭开采的深入，矿井瓦斯涌出量增加，对安全生产构成威胁。因此，对煤层气的抽采技术进行深入研究，特别是通过数值模拟来理解其动态过程，对于优化抽采策略，提高抽采效率，确保矿井安全具有重要意义。本文的工作为此领域提供了理论依据和实践指导，有助于推动未来的技术发展和应用。 关键词涉及煤层气、瓦斯抽采、流-固-热耦合、孔隙率和渗透率，这些是研究的核心概念。煤层气的抽采效率与孔隙率和渗透率密切相关，前者影响气体储存的空间，后者影响气体的流动能力。流-固-热耦合则强调了在抽采过程中这些因素之间的复杂相互作用。 这项研究为理解和改进煤层瓦斯抽采提供了新的视角，为实际操作中的决策支持和技术创新提供了理论基础。随着模型的不断完善和应用，有望实现更高效、更安全的瓦斯抽采方案，从而保障煤矿的安全生产。