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作者
张民波王子超闫瑾李春欣钟子逸钱智林刘任涛
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单位
武汉工程大学兴发矿业学院冀中能源集团有限责任公司
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摘要
为消除基质瓦斯渗流作用对流固耦合模型的影响，准确描述瓦斯在抽采过程中的运移规律，建立了更加符合煤层多孔介质特性的双孔双渗透率模型，提出了考虑Klinkenberg效应和动态瓦斯扩散系数的双孔双渗透流-固耦合模型。利用COMSOL模拟钻孔瓦斯抽采过程，分析煤层钻孔预抽过程中瓦斯的运移规律、渗透率和有效抽采半径的变化。模拟结果表明：Klinkenberg效应能有效促进瓦斯运移，渗透率变化是骨架压缩效应和基质收缩效应共同作用的结果，随着抽采时间的增加，基质收缩效应占主导地位，渗透率逐渐增加；观测点的渗流速度可分为快速上升、缓慢下降和稳定不变三个阶段；瓦斯有效抽采半径与抽采时间和孔径符合幂指函数关系。现场试验与模拟结果基本吻合，验证了理论耦合模型的正确性，为瓦斯抽采设计提供理论基础。
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关键词
瓦斯抽采双孔双渗透率流固耦合模型有效抽采半径
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基金项目(Foundation)
国家自然科学基金地区基金(52064046)；武汉工程大学第13届研究生创新教育基金(CX2021476,CX2021484)；河北省博士后创新基金(B2019005005)；大学生创新训练项目(S202110490013)；
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文章目录
1 煤层双孔双渗透流固耦合模型
1.1 模型基本假设
1)假设一：
2)假设二：
3)假设三：
4)假设四：
1.2 煤的孔隙率和渗透率演化模型
1.3 瓦斯扩散渗流方程
1.3.1 基质瓦斯扩散渗流方程
1.3.2 裂隙瓦斯扩散渗流方程
1.4 应力场控制方程
1.5 交叉耦合模型
2 数值模拟及结果分析
2.1 数值模型和参数
2.2 基质孔隙压力变化
2.3 裂隙渗透率变化规律
2.4 渗流速度变化规律
2.5 孔径对有效抽采半径的影响
3 工程应用
4 结 论
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引用格式
张民波,王子超,闫瑾,李春欣,钟子逸,钱智林,刘任涛.基于Klinkenberg效应下双渗透模型瓦斯运移规律研究[J].煤炭工程,2023,55(05):116-122.
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