改进的煤粒瓦斯扩散数值解法：突破解析局限

本文主要探讨了煤粒瓦斯扩散的数值解法，针对解析解法存在的局限性进行了深入研究。解析解法通常基于Fick扩散定律，假设煤体为球形且采用线性吸附模型，这在分析定压扩散实验时较为适用，但线性吸附假设并不完全符合实际的瓦斯吸附规律。它无法准确反映瓦斯在煤粒内部复杂的吸附过程，也无法处理煤体非均匀性和多孔结构带来的复杂性。 解析解法往往受限于煤体的几何模型简化，而实际的煤体结构复杂多样，具有非球形形状和多孔特性。因此，这种方法在处理真实煤体时，可能无法得到精确的结果。为了克服这些局限性，本文作者提出了单孔扩散模型的数值解表达式，该方法考虑了瓦斯吸附常数、煤体孔隙率和温度等关键参数，这些参数直接影响到瓦斯在煤粒内部的实际扩散行为。 数值解法的优势在于其能够更精确地模拟瓦斯在煤粒内的扩散，更好地捕捉到吸附效应和微观结构对扩散的影响。在相同的瓦斯扩散系数下，数值解法计算出的煤层瓦斯扩散速率通常会大于解析解法的结果。这意味着通过解析解法反算出来的瓦斯扩散系数可能会被低估，而在实际应用中，如进行瓦斯控制和预测时，这可能会导致不准确的评估。 本文通过对比解析解和数值解，为深入理解煤粒瓦斯扩散规律提供了一种更为精确的方法，有助于煤炭行业的安全管理和技术改进。研究者们可以利用数值解法来优化矿井通风策略，提高瓦斯治理的效率，降低事故风险。该研究对于提升煤炭开采过程中的气体控制技术具有重要的理论和实践价值。