含瓦斯煤岩流固耦合渗流特性数值模拟研究

"该研究基于含瓦斯煤岩的流固耦合渗流特性，采用理论推导与数值模拟相结合的方法，探讨了含瓦斯煤岩体在长期作用下的变形规律。通过假设煤岩渗透率与体积应变正相关，建立了体积应变与渗透率的理论关系，并使用COSOL Multiphysics软件进行数值模拟，以揭示含瓦斯煤岩的流固耦合全过程及其渗流特性。研究表明，理论推导的体积应变与渗透率的关系合理，且在煤岩处于弹性阶段时，渗透率会随着体积应变的增大而增大。这一研究对优化煤层瓦斯抽采参数设计具有重要的理论指导意义。" 在煤矿行业中，含瓦斯煤岩的安全管理和瓦斯治理是至关重要的环节，因为瓦斯积聚可能导致严重的安全事故。本研究深入探讨了含瓦斯煤岩的流固耦合渗流现象，这是理解煤层瓦斯动态行为的关键。流固耦合是指流体（如瓦斯）与固体（煤岩）之间的相互作用，尤其是在煤岩受到压力或变形时，其内部的瓦斯流动特性会发生变化。 理论推导部分，研究者基于含瓦斯煤岩的变形理论和瓦斯渗流基本原理，提出了渗透率与体积应变正相关的假设。这意味着当煤岩受到外力作用导致体积发生变化时，其允许瓦斯通过的能力也会相应改变。通过严谨的数学推导，他们得到一个描述这种关系的理论模型。 接下来，利用先进的COSOL Multiphysics软件进行数值模拟，该软件能有效模拟多物理场的复杂交互，包括流体动力学和固体力学。通过模拟，研究者能够观察到含瓦斯煤岩在不同条件下的流固耦合过程，从而得到关于渗流特性的详细信息。 研究结果确认了理论推导的正确性，即体积应变与渗透率的关系式是合理的。特别是在煤岩的弹性阶段，随着煤岩体的体积应变增大，其渗透率也随之增加。这一发现对于理解和预测煤层瓦斯的动态行为，以及制定更有效的瓦斯抽采策略具有深远的影响。 关键词如“煤岩”、“渗流”、“蠕变”、“流固耦合”和“分级加载”揭示了研究的核心内容。这些关键词涉及到煤岩在承受压力下的变形特性，瓦斯在煤岩中的流动性质，以及在不同加载条件下的流固交互作用。这项工作为煤层瓦斯治理提供了科学依据，有助于提高煤矿安全水平和资源利用效率。