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双重孔隙结构煤体瓦斯解吸流动规律研究

作　者: 罗维
导　师: 秦跃平
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 安全技术及工程
关键词: 解吸双重孔隙结构有限差分数值模拟
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

我国煤层赋存条件普遍复杂多变，煤体瓦斯解吸的机理，破断煤岩体内瓦斯流动规律的研究尚不充分。针对这一问题，本文围绕双重孔隙结构煤体瓦斯解吸流动规律展开研究，首先采用实验、理论与数值模拟相结合的方法，研究变压环境下煤块内部瓦斯流动机理；以此为背景，通过对煤体瓦斯解吸流动过程的分析，建立双重孔隙结构煤体瓦斯解吸流动数学模型；采用有限差分法对模型进行离散化处理，运用Visual basic语言对离散化的模型进行解算程序流程设计，编制煤体瓦斯流动工程分析软件，对煤体内部瓦斯解吸流动规律进行数值实验研究，得到巷道煤壁瓦斯压力，瓦斯含量分布规律，煤壁内破裂煤块瓦斯解吸放散规律以及煤体透气性系数和原始煤层瓦斯压力对煤壁内瓦斯压力分布，瓦斯含量分布的影响规律。该研究成果将为低透气性高瓦斯矿井煤层增透以及瓦斯抽采技术的研究提供科学的依据，同时，为低透气性高瓦斯煤层实现高效集约化开采起到理论指导的作用。

全文目录

摘要  6
Abstract  6-7
详细摘要  7-9
Detailed Abstract  9-14
1 绪论  14-24
  1.1 研究背景及意义  14-15
  1.2 国内外研究现状综述  15-21
    1.2.1 煤粒瓦斯解吸规律研究现状综述  15-18
    1.2.2 煤层瓦斯流动理论研究现状综述  18-21
  1.3 论文需要解决的问题  21
  1.4 论文研究的内容、方法及技术路线  21-24
    1.4.1 研究内容  21-22
    1.4.2 研究方法及技术路线  22-24
2 煤块瓦斯变压解吸规律的实验研究  24-52
  2.1 煤体瓦斯的吸附解吸特性  24-28
    2.1.1 煤对瓦斯的吸附本质  24-25
    2.1.2 煤吸附瓦斯的影响因素分析  25-27
    2.1.3 煤块瓦斯放散规律的机理分析  27-28
  2.2 瓦斯解吸试验系统设计  28-36
    2.2.1 容量法测定解吸量的原理  28-29
    2.2.2 等温解吸实验系统设计  29-31
    2.2.3 实验基本参数测定方法  31-36
  2.3 煤块瓦斯变压解吸实验  36-51
    2.3.1 试样的采集与制备  36-38
    2.3.2 实验方案与步骤  38-39
    2.3.3 实验数据处理及分析  39-51
  2.4 本章小结  51-52
3 变压环境下煤块瓦斯解吸规律数值模拟研究  52-74
  3.1 引言  52-53
  3.2 有限差分法  53-57
    3.2.1 有限差分法概述  53-54
    3.2.2 差分格式的构造方法  54-55
    3.2.3 六点有限差分法的解题思想  55-57
  3.3 煤块瓦斯流动数学模型差分解法  57-67
    3.3.1 变压煤块瓦斯流动数学模型的建立  57-59
    3.3.2 煤块瓦斯流动数学模型离散化  59-63
    3.3.3 模型解算程序流程设计  63-67
  3.4 变压环境下煤块瓦斯流动规律数值模拟研究  67-72
    3.4.1 变压环境下煤块瓦斯流动规律实例分析  67-71
    3.4.2 模拟结果与实验结果对比分析研究  71-72
  3.5 本章小结  72-74
4 双重孔隙结构煤体瓦斯流动数学模型及解法研究  74-102
  4.1 煤体瓦斯流动的影响因素分析  74-82
    4.1.1 煤的结构对瓦斯流动的影响分析  74-79
    4.1.2 煤的透气性对瓦斯流动的影响分析  79-82
  4.2 双重孔隙结构煤体瓦斯流动数学模型的建立  82-87
    4.2.1 煤体瓦斯流动模型的基本假设  82-83
    4.2.2 煤体瓦斯流动数学模型的建立  83-87
  4.3 双重孔隙结构煤体瓦斯流动数学模型的解法  87-100
    4.3.1 煤体瓦斯流动数学模型离散化  87-94
    4.3.2 瓦斯流动模型解算程序流程设计  94-100
  4.4 本章小结  100-102
5 双重孔隙结构煤体瓦斯流动规律的数值实验研究  102-124
  5.1 巷道煤壁瓦斯流动规律的数值模拟研究  102-113
    5.1.1 巷道煤体模型简化及参数设置  102-103
    5.1.2 巷道煤壁瓦斯压力变化规律  103-104
    5.1.3 巷道煤壁瓦斯含量变化规律  104-105
    5.1.4 巷煤壁内块煤瓦斯流动规律  105-113
  5.2 渗透率对煤体瓦斯流动的影响规律研究  113-119
    5.2.1 透气性系数对煤体瓦斯压力变化的影响规律  113-117
    5.2.2 透气性系数对煤体瓦斯含量变化的影响规律  117-119
  5.3 储层压力对煤体瓦斯流动的影响规律研究  119-122
    5.3.1 储层压力对煤体瓦斯压力变化的影响规律  120-121
    5.3.2 储层压力对煤体瓦斯含量变化的影响规律  121-122
  5.4 本章小结  122-124
6 结论与展望  124-128
  6.1 主要结论  124-125
  6.2 研究的创新性  125-126
  6.3 本文存在的不足  126-128
参考文献  128-134
致谢  134-136
作者简介  136

双重孔隙结构煤体瓦斯解吸流动规律研究

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