含瓦斯煤体固气耦合数学模型及数值模拟

郭平^1,2，曹树刚^1,2，张遵国^1,2，李毅^1,2，刘延保^1,2,3，李勇^1,2,4

1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室2. 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室3. 中煤科工集团重庆研究院4. 博洛尼亚大学结构力学系

摘 要：基于固气耦合作用的基本理论,从孔隙率和渗透率的基本定义出发,综合考虑吸附膨胀效应和Klinkenberg效应对煤体中瓦斯的运移影响,推导出孔隙率与渗透率的动态参数模型,并建立了含瓦斯煤体固气耦合模型。运用有限元方法给出自然卸压条件下的耦合数值解。数值模拟结果表明:孔隙瓦斯压力随着自然卸压时间的增大而减小;煤体孔隙率和渗透率随自然卸压时间的增加而增加,与现场渗透率测试规律基本相符;从煤体深处向距离工作面煤壁方向,孔隙率与渗透率缓慢增加、急速下降、急剧增加等3个阶段。

关键词：含瓦斯煤体;固气耦合;数值分析;瓦斯吸附;膨胀效应;Klinkenberg效应;