冷冻取芯技术对含瓦斯煤样温度场影响的模拟研究

"冷冻取芯过程含瓦斯煤样温度场演化规律模拟研究" 这篇论文主要探讨了冷冻取芯技术在含瓦斯煤样取样中的应用及其对温度场的影响规律。冷冻取芯技术是一种用于提高井下煤层瓦斯含量测量精度的方法，它通过降低煤芯温度来减少瓦斯的损失。实验部分是基于作者自主研发的含瓦斯煤冷冻响应特性模拟平台进行的，以研究不同管壁温度条件下煤芯温度的变化。 在常规取芯过程中，煤芯内部的轴向温度Th会随轴向高度h和时间t的增加而升高，可以用Poly2D函数来拟合这一趋势。径向温度Td则随着径向距离d和时间t的增加呈Poly2D函数上升。当取芯管外壁温度处于90到150℃之间，30分钟取芯后的煤芯中心温度可达到46.3至62.0℃，而60分钟后，煤芯中心温度接近管壁温度，这意味着高温可能导致瓦斯大量逸出。 在冷冻取芯技术的应用中，制冷剂的存在能够隔离由切削摩擦产生的热量，使得煤芯能够迅速降温。在最初的60分钟内，煤芯经历快速降温阶段，之后降温速度逐渐放缓。煤芯内部沿轴向的温度基本保持不变，但径向存在显著的温度梯度，径向温度Td随径向距离d和时间t的增加呈负指数下降。此外，当冷源强度固定时，取芯管外壁温度的降低会导致煤芯能达到的最低温度更低，降温速度也更快。 通过对不同管壁温度（90,110,130和150℃）的模拟，发现30分钟取芯后煤芯中心温度分别降至-27.30, -13.20, 2.05和16.80℃，而60分钟后煤芯内部各点基本达到同一低温状态。煤芯的导热系数会随着环境温度的降低而线性减小，这进一步影响了温度场的分布和瓦斯的释放。 这些研究结果对于优化冷冻取芯技术、减少瓦斯损失以及提高井下瓦斯含量测量的准确性具有重要意义。通过调整管壁温度和冷源强度，可以更好地控制煤芯温度，从而更准确地评估煤层的瓦斯含量。