瓦斯在煤体中运移的基本特性研究研究生毕业论文.doc

硕士研究生学位论文瓦斯在媒体中运移基本特性研究ExperimentReserchtotheBasicLawsofMethaneTransportincoal作者：罗新荣导师：周世宁教授中国矿业学院北京研究生部一九八五年四月研究生毕业论文54摘要瓦斯在煤体中的运移一般被认为是泊稷叶流动、分子滑动、吸附相瓦斯的表面流动和固体中的扩散的综合效应。本文在评述前人研究工作的基础上，通过物理模拟和数值模拟初步探索了瓦斯在煤体中运移的基本规律。在研究煤体的瓦斯吸附动力学问题时，吸附相瓦斯参与的过程占有重要的低位，因而要以菲克定律（扩散理论）为研究基础；当研究瓦斯缓慢流动问题时，吸附相瓦斯的运移占有极其次要的低位，因而以达西定律（渗流理论）为研究基础。分析了应力、孔隙压力对瓦斯流动的影响，确定了瓦斯在煤层中流动的本构假设，应用电子计算机分析了煤层瓦斯单向流动方程，提出了煤层中给定应力和给定变形的两个基本概念对瓦斯流动的影响。关键词：煤层瓦斯；瓦斯含量；膨胀应力；渗透率；瓦斯运移AbstractMethanetransportincoalaregenerallyregardedasthetotaleffectsofPoisuille’sFlow,Molecutarstreaming,SurfaceFlowandBulkDiffusionofadsorpedmethane.Thispaperreviewsthebasiclawsofmethanetransportincoalthroughphysicalsimulatingtestandnumericalcomputersimulation.Whenreserchingthedynamicsquestionsofmethaneadsoeped,thetransportofmethaneadsorpeddominatesandDiffusionTheory-Fick’sLawisbasictostudy.Whenstudyingthequestionofmethaneslowlyflowing,thetransportofmethaneadsorpedistoolesstobenegligibleascomparedtogas-phasemethanetransportandpercul-ationtheory-Darcy’sLawisbasictostudy.Analyzestheeffectsofstressandporepressureonmethaneflowincoal.Presentstheconceptsofdeterminedstressanddeterminedstraineffectonmethaneflow.Keywords:Methaneincoal；Contentofgas；Swellingstress；Percolationrate；MethaneTransport目录摘要1Abstract2引言4第一章概述5第一节国内外研究现状6第二节实验分析的理论基础与基本概念10第二章实验方法16第一节实验材料16第二节实验技术18第三节实验过程19第三章实验结果与分析23第一节瓦斯含量测定结果与分析23第二节粉煤成型煤样吸附瓦斯的膨胀应力与渗透率27第三节块煤试样的渗透率33第四章瓦斯在媒体中运移的基本特征40第一节瓦斯在媒体中运移的基本特征40第二节煤层瓦斯涌出特性41第五章煤层瓦斯单相流动分析43第一节煤层瓦斯单相流动方程43第二节煤层瓦斯单相流动方程的数值模拟与分析45第六章结论49谢辞51参考文献52引言瓦斯在煤体中的运移一般被认为是泊稷叶流动（Poiseuile’sFlow）、分子滑动(MolecularStreaming)、吸附相瓦斯的表面流动(SurfaceFlow)和固体中的扩散(BulkDiffusion)的综合效应。当研究煤的吸附动力学特性时，表面运移和固体扩散占有很重要的低位；而在研究瓦斯流动的各种问题时，吸附相瓦斯占有极其次要的地位；分子滑流效应仅在低压下显著。因此，瓦斯在煤体中的运移，达西定律的适用是有条件的。在矿井生产过程中，由于采掘工程的影响，破坏了原岩应力场的平衡和瓦斯压力的平衡，形成采掘工作面周围空间的应力重新分布和瓦斯流动。在影响瓦斯流动的基本参数（瓦斯压力P，煤层透气性系数λ和含量系数α）中，地应力对煤的透气性起着决定性的作用，而透气性的大小对瓦斯的保存与排放、瓦斯压力的分布起着重要的作用。煤与瓦斯突出又与瓦斯的排放和压力的分布有着重要的联系。瓦斯压力对煤体中的孔隙起着一定的支撑作用，但煤体的吸附能力和瓦斯密度的增大对流动通道有着一定的阻碍作用。研究煤层瓦斯运移的基本规律，对完善瓦斯流动理论和防治瓦斯有着重要的意义。研究煤的吸附动力学特性，