基于动态扩散系数的煤粒瓦斯扩散模型

张路路¹，魏建平^1,2，温志辉^1,2，王登科^1,2，宋大钊^3,4，王洪磊⁴

1. 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室2. 河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心3. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室4. 北京科技大学土木与资源工程学院

摘 要：为准确地描述瓦斯在煤粒中的扩散全过程,本文根据气体在不同尺寸孔隙中的扩散特性,导出随孔隙尺寸和孔隙压力变化的动态扩散系数,并将其作为变量代入到单一孔径扩散模型中;随后根据孔隙的分形特性,将单一孔径毛细管内的扩散推广至宏观球形煤粒内的扩散,并通过煤粒解吸实验和压汞实验对模型进行验证.结果表明:无论是在扩散前期还是后期,所建立模型的计算结果,都能与实验数据吻合.新模型将扩散系数视为与气体流态相关的变量,与经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型相比有较大的优势,且涵盖了经典单孔隙扩散模型、双孔隙模型以及三孔隙模型,并将其推广到多孔隙模型.

关键词：煤粒;瓦斯扩散;动态扩散系数;流态;分形特征;