煤层瓦斯多机制流固耦合模型与瓦斯抽采数值模拟分析

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 2; pp. 763 - 775
• Main Authors: 王登科, 唐家豪, 魏建平, 位乐, 吴晶, 袁明羽, 庞晓非, 郭玉杰
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000 01.02.2023; 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000%中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 400037%中国建筑第五工程局有限公司,湖南长沙 410004; 河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000; 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000%河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000
• Subjects: 渗透率; 有效抽采半径; 流固耦合; 数值模拟; 多机制流动; 瓦斯抽采
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.0853

TD712; 为了更好地揭示瓦斯抽采过程中松软低透气性煤层瓦斯运移的本质和规律,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立了全面考虑有效应力、煤层瓦斯多机制流动、真实气体效应和迂曲度影响的煤层瓦斯多机制流固耦合模型.基于所建理论模型,以郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司13181工作面为工程背景,利用COMSOL软件开展煤层瓦斯抽采数值模拟,全面分析了瓦斯压力随抽采时间的动态分布规律,结合现场实测结果验证了数值模拟有效抽采半径的准确性.系统开展了不考虑Klinkenberg效应、不考虑基质瓦斯扩散和不考虑煤层瓦斯多机制流动影响的瓦斯抽采数值模拟,对比分析了不同控制因素对煤层瓦斯运移的影响.研究结果表明:抽采结束后,煤层瓦斯压力以抽采钻孔为中心呈椭圆分布;煤层瓦斯压力和有效抽采半径的变化幅度随抽采时间逐渐减小,并趋于稳定;煤层瓦斯有效抽采半径的数值模拟结果与现场实测结果之间的平均误差为3.65％,验证了所建煤层瓦斯多机制流固耦合模型的有效性与合理性;与考虑煤层瓦斯多机制流动影响的模拟结果相比,不考虑Klinkenberg效应的有效抽采半径和渗透率偏小,而不考虑基质瓦斯扩散和瓦斯多机制流动的有效抽采半径和渗透率则明显偏大,表明Klinkenberg效应和基质瓦斯扩散对煤层瓦斯流动分别起促进和抑制之作用.