瓦斯渗流——渗流力学作业(ppt文档).ppt

瓦斯渗流瓦斯渗流目录目录研究背景与意义研究背景与意义国内外研究现状国内外研究现状研究的内容研究的内容研究方法研究方法结论与展望结论与展望1 研究背景与意义研究背景与意义我国是世界第一产煤大国我国煤矿相继进入深部开采瓦斯灾害事故也在不断增加研究背景1 研究背景与意义研究背景与意义welcome to use these PowerPoint templates,New Content design,10 years experience研究意义研究意义 瓦斯渗流的研究是指瓦斯在煤体中流动状态的研究。在煤矿开采的各种瓦斯动力现象中，煤层瓦斯的突出、涌出等均与煤层的渗透性有关。因此人们迫切需要认识深部低渗透煤层的瓦斯渗流规律，为煤矿深部开采的瓦斯灾害防治提供理论依据。2 国内外研究现状国内外研究现状达西总结了线性渗流方程，即达西定律Louis证明了立方定律，在此基础上Tsang等提出了修正立方定律在经典渗流理论方面2 国内外研究现状国内外研究现状现代渗流力学实验研究研究了围压不变的条件下煤体的渗透率随瓦斯压力、煤体变形的变化规律开展了不同围压、不同孔隙瓦斯压力下煤的三轴压缩试验，研究了瓦斯渗流对煤体力学变形性质的影响通过试验研究了有效应力和煤体颗粒的体积应变对煤体渗透率的影响利用自行研制的含瓦斯煤样三轴瓦斯渗流试验装置，进行全应力-应变过程渗透率变化规律试验研究林柏泉等梁冰等S.Harpalani 等尹光志等2 国内外研究现状国内外研究现状直接通过试验总结出渗流特性与应力的经验公式01根据裂隙面的法向、切向变形公式间接地导出渗流特性与应力的关系02提出某理论概念模型来解释渗流与应力的耦合规律03单一裂隙(组)渗流与应力的关系，主要是通过以下三种方法建立3 研究内容研究内容线性瓦斯流动理论线性瓦斯扩散理论瓦斯渗透与扩散理论非线性瓦斯流动理论地球物理场效应下的瓦斯渗流特性煤层瓦斯流-固耦合理论1234563 研究内容研究内容ABC煤层内瓦斯运动基本符合线性渗透定律达西定律多为学者不断地进行修正和完善瓦斯流动的数学模型线性瓦斯流动理论3.1 线性瓦斯流动理论3 研究内容研究内容3.2 线性瓦斯扩散理论理论内容 Fick扩散定律煤是一种典型的多孔介质，根据气体在多孔介质中的扩散机理的研究，可以用诺 森 数 kn来 表 示。当kn10，属于菲克型扩散。而对于煤体内的瓦斯运动基本符合菲克定律。Fick扩散定律就是把扩散流体的速度与这种流体的浓度梯度线性地联系起来。3.3 瓦斯渗透与扩散理论3 研究内容研究内容瓦斯渗透与扩散理论认为,煤层内瓦斯运动是包含渗透和扩散的混合流动过程。甲烷和煤体表面接触后，先由甲烷压力梯度引起渗流（大的裂隙、孔隙中占优势）；在其浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度扩散，这种过程在小孔与微孔系统内占优势。3.4 非线性瓦斯流动理论3 研究内容研究内容国内外许多学者，认为 law偏离的原因主要有流量过大、分子效应、离子效应和流体本身的非牛顿态势。随着煤层瓦斯流动理论研究的不断深入，其发展趋势越来越偏向地球物理场作用下的非线性、非达西渗流问题。以其中最典型的理论模型为幂定律(Power Law)模型。3.5 地球物理场效应下的瓦斯渗流特性3 研究内容研究内容地应力、地温以及电场等对煤层瓦斯流动场具有显著的作用和影响。进而建立和发展气固祸合作用的瓦斯流动模型及其数值方法,使理论模型更能反映客观事实。3.6 煤层瓦斯流-固耦合理论3 研究内容研究内容 煤层开采过程中，煤体骨架所受应力发生的变化，导致煤体骨架的体积和孔隙变化，从而使煤层孔隙内瓦斯压力亦发生变化，而瓦斯压力的变化又引起煤体吸附瓦斯发生变化，并使煤体骨架所受的有效应力发生了变化，由此导致岩石特性变化。另一方面，这些变化又反过来影响瓦斯在煤层中的流动和压力的分布。3 研究内容研究内容 随着井下煤层开采深度的增加，热效应已成为影响井下煤层中瓦斯流动至关重要的因素。所以将地球物理场中的温度场、渗流场和应力场这三场同时耦合考虑，俗称热流固耦合。但目前为止，仍然没有建立真正意义上的煤层瓦斯三场耦合数学模型4 研究方法研究方法 数值方法采用各种离散化方法建立各种数值模型，通过计算机进行数值计算和数值实验最终获得定量描述流场的数值解数值研究方法工程中的许多问题终还要借助实验检验修正，即理论与实践想结合。实验研究基础理论有：相似理论、量纲分析。实验研究方法2 2理论方法是通过对流体的物理性质和特性的认识，提出合理的理论模型，建立方程组，在相应的边界条件和初始条件下求解。理论研究方法1 13 35 结论与展望结论与展望 在今后以下3方面将会成为地球物理场作用下，煤层瓦斯渗流领域的发展趋势或研究热点：非线性、非达西渗流问题深部开采引起的井下高温和低渗透问题煤层瓦斯的流固耦合问题5 结论与展望结论与展望 进一步创建和发展瓦斯越流的固气耦合模型及其数值方法,丰富和完善瓦斯渗流力学,这是当今本学科理论研究的前沿课题,它既有十分重要的理论意义,也有重要的实际意义。煤的渗透性是控制煤层气在煤储层中流动的最关键因素之一。孔隙压力、有效应力以及煤基质收缩/膨胀对煤的渗透性具有重要影响。这方面也需要进一步的研究。Thank you!