固气耦合模型在瓦斯钻孔抽采三维模拟中的应用

"该文基于含瓦斯煤岩的固气耦合模型，探讨了钻孔抽采瓦斯的三维数值模拟，旨在提高煤矿瓦斯治理效率和安全性。通过引入瓦斯吸附膨胀应力，建立了有效应力计算公式，并考虑煤岩骨架的可变形性和气体的可压缩性，构建了固气耦合模型。模拟结果显示，抽采负压影响不显著，煤层孔隙率随时间降低，而有效抽采半径逐渐增大。" 这篇研究论文详细阐述了在煤矿瓦斯治理中，如何利用固气耦合模型进行钻孔抽采瓦斯的三维数值模拟。研究人员首先在多孔介质的有效应力理论基础上，考虑了瓦斯吸附导致的煤岩膨胀应力，从而推导出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算新公式。这个公式考虑了瓦斯的存在对煤岩力学性质的影响，使得模型更为准确地反映了实际情况。 接着，他们构建了一个动态模型，该模型能够描述含瓦斯煤岩在固气耦合作用下的孔隙率和渗透率变化。这种模型兼顾了煤岩骨架的可变形性和瓦斯的可压缩性，对于理解钻孔抽采过程中煤岩内部的气体流动规律至关重要。 在实际应用中，研究团队选取了平顶山十矿的相关物性参数，进行了数值模拟实验。通过三维模型对开采过程中的煤层应力分布进行了细致分析，揭示了开采后煤层应力并非简单均匀分布的特性。随后，他们利用建立的数学模型进行了钻孔抽采瓦斯的三维数值模拟，得出了以下主要发现： 1. 抽采负压对钻孔抽采瓦斯的效果影响不大，这意味着在设计抽采策略时，可能需要更多关注其他因素，如抽采时间、钻孔布局等。 2. 随着抽采时间的增加，煤层的孔隙率逐渐降低，这表明瓦斯被有效地抽出，煤层的储气能力下降。 3. 钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径随着时间推移而逐渐增大，最终趋于稳定值。这一发现对于优化抽采策略和设计更有效的抽采系统具有指导意义。 这些研究结果对于提升煤矿瓦斯治理的效率和安全性提供了理论支持，也为未来进一步的数值模拟和现场实践提供了参考。此外，该研究还受到了国家重点基础研究发展计划、国家科技重大专项课题和国家自然科学基金等多个项目的资助，显示了其在行业研究中的重要地位。