新扩散模型揭示温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的规律

在煤炭工业中，温度对煤粒中的瓦斯动态扩散系数具有显著影响，特别是在热激励法用于提高瓦斯产量的过程中，理解这种影响至关重要。李志强、王登科和宋党育等人在《煤炭学报》2015年第5期的一篇论文中，深入探讨了这一课题。 首先，他们通过实验研究发现，当煤粒在不同初始条件（如同压不同温度或同初始吸附量但高低温下）进行吸附后再恒温扩散时，经典的单孔隙扩散模型计算出的常扩散系数随温度的升高呈现出不规则的波动模式，这与实验观察结果不符。这种现象揭示了经典模型在描述整个扩散过程中的局限性，它无法准确捕捉到温度变化对扩散系数的复杂影响。 进一步的研究揭示了一个关键的新发现：扩散系数并非恒定不变，而是随着时间的推移呈现出衰减的特性。这表明瓦斯在煤基质中的扩散行为并非简单的线性过程，而是受到多尺度非均质孔隙结构的多重影响。这些复杂的孔隙网络决定了多级孔隙扩散系数的分布，从而导致扩散速度随时间减慢。 为了克服经典模型的不足，作者提出了一个全新的动态扩散系数模型，这个模型能够更精确地描述整个扩散过程。根据新模型的分析，动态扩散系数随着温度的升高表现出单调递增的趋势，且遵循阿累尼乌斯关系，这意味着扩散速度与温度之间的关系可以由一个明确的数学公式描述。新模型的提出是对经典模型的有效拓展，后者仅仅是前者的简化版本。 这篇研究不仅深化了我们对煤粒瓦斯扩散过程的理解，还为优化热激励法增产瓦斯的实践提供了理论依据。通过引入动态扩散系数模型，研究人员得以更准确地预测和控制瓦斯在煤层中的释放行为，对于提升煤炭开采效率和保障矿井安全具有重要意义。