煤吸附解吸热效应下的热-流-固耦合模型与数值模拟：对煤与瓦斯突出影响的研究

本文主要探讨了在考虑煤吸附/解吸瓦斯热效应的背景下，热-流-固耦合模型在研究煤与瓦斯突出前兆信息演化规律及其相互作用中的重要性。研究者首先通过实验手段，针对不同压力梯度下的情况，分析了煤体温度变化与瓦斯压力的关系，这有助于理解煤的热状态对瓦斯行为的影响。 在建立的热-流-固耦合模型中，关键考虑了采场孔隙率与渗透率的动态演变，以及瓦斯吸附-解吸-扩散过程中的能量交换。这种模型结合了热力学、流体力学和固体力学的原理，模拟了煤体内部复杂的物理化学过程，包括热膨胀应变、游离瓦斯压缩应变和吸附膨胀应变等。 实验结果显示，当压力梯度相同时，煤体内部的温度和瓦斯压力呈现出自煤壁向煤层内部逐渐升高的趋势。在工作面推进方向上，渗透率呈现出先减少后增大的非线性变化。在应力集中区域，地应力对煤体渗透率有显著影响，而在应力集中区之外，煤吸附/解吸瓦斯的热效应起到了决定性的作用，改变了煤体的物理状态。 随着瓦斯压力梯度的增加，煤体的温度和压力也随之上升，导致煤体发生更大的变形，尽管如此，变形量相对较小。值得注意的是，随着瓦斯压力梯度的增大，渗透率的降低量会逐渐减小，这意味着吸附/解吸热效应对煤与瓦斯相互作用的影响会随着瓦斯压力的增加而减弱。 这项研究对于预测和控制煤与瓦斯突出的发生具有重要的理论价值，因为它揭示了煤体内部复杂物理过程与突出风险之间的联系。通过数值模拟，研究人员能够更好地理解和预测在不同工况下可能出现的前兆信号，从而为煤炭开采的安全管理提供科学依据。