煤中瓦斯运移的非达西渗流机理研究

通过煤体中瓦斯渗透性能测试,采用渗流理论分析瓦斯在煤体中的渗流机制,结果表明:在高压阶段,瓦斯渗透流量Q与压力项△²p/L线性相关,在低压时,渗流曲线Q-△²p/L表现为对Darcy定律线性关系的偏离;瓦斯在煤体中的渗流由非线性转变为线性,即瓦斯在煤体中的渗流由非达西渗流转变为达西渗流,存在转变的临界点。瓦斯在煤体中的渗流与雷诺数相关,雷诺数大时渗流属达西渗流,雷诺数小时渗流为非达西渗流。理论计算分析揭示了瓦斯分子自由程和煤体孔隙结构共同作用导致了非达西渗流现象。     

煤层瓦斯渗流煤体热效应机制的研究

应用渗流和热传导理论建立了煤体温度分布的数学模型,揭示了煤体出现热效应机制是由于大量瓦斯解吸和煤体摩擦产热引起煤体内部热流方向颠例所致。煤体热效应是瓦斯解吸,煤体摩擦相互作用不均衡的结果。     

非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律研究

为了提高煤矿瓦斯抽采率,节约瓦斯抽采时间,分析了非均质煤层瓦斯分布特征及钻孔抽采瓦斯运移规律,采用透气性系数研究了非均质煤层瓦斯压力分布特点;分析了非均质煤层单钻孔瓦斯压力分布、原始瓦斯压力、原始透气性系数对有效抽采半径的影响。研究对指导现场瓦斯抽采以及促进煤矿安全生产具有重要意义。     

基于Lattice Boltzmann方法的瓦斯渗流模拟研究

为了更好地处理瓦斯渗流中的吸附-解吸问题和复杂边界条件,Lattice Boltzmann方法(LBM)被引入到瓦斯渗流模拟研究中。给出了考虑Klinkenberg效应和吸附-解吸特性的LBM瓦斯渗流方程和建模方法,得到了2种因素对渗流的影响,模拟研究获得了煤体中瓦斯压力在时间上的演化和空间上的分布规律、不同裂隙分布对瓦斯流动的影响,对比分析了抽放压力及抽放孔布置对瓦斯抽放效果的影响等,并初步探索了煤体细观结构图像处理与LBM相结合的瓦斯渗流模拟研究新思路。     

非等温条件下煤层瓦斯运移规律的研究

根据流固耦合作用的基本理论，依据不同温度下，瓦斯的吸附解吸规律，提出也非等温条件下瓦斯运移的数学模型，给出了用有限元求其数值解的方法及程序。在此基础上，对受温度场影响下煤岩体应力情况进行了数值计算分析，为进行煤层气开采和预防，预测煤和瓦斯突出，合理进行瓦斯抽放等提供了理论基础和科学依据。     

低渗非均质储层水驱数值模拟研究

为进一步研究低渗非均质储层启动压力梯度非均匀分布的实际渗流特征,建立了二维二相考虑启动压力梯度的渗流数学模型,对比研究了启动压力梯度为常数和启动压力梯度非均匀分布情况下的渗流场和各项开发指标,结果表明二者差异较大,因此,在研究低渗透油藏时,必须考虑启动压力梯度非均匀分布对开发指标的影响.同时,对比研究了中部存在低渗带和高渗带情况下的开发指标,中部存在低渗带更有利于提高水驱波及效率.     

煤层瓦斯流固耦合渗流的数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程。根据有限元法原理推出其耦合求解方法,最后进行了实例计算,证明所建立了理论是正确的。     

煤层瓦斯渗流力学研究现状和展望

文章综述了国内外在煤层瓦斯（煤层气）渗流力学研究方面的现状，总结了我国近年来在煤层瓦斯渗流力学研究所取得的重要进展，展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势。     

综放面瓦斯渗流规律数值模拟研究

应用FLUENT软件建立了综放面采空区瓦斯渗流的三维数值模型,通过数值模拟对比分析了没有瓦斯抽采和有瓦斯尾巷抽排两种情况下的综放面采空区及其上覆岩层内的瓦斯渗流分布规律,通过现场验证,分析了瓦斯尾巷在实际应用中的效果,模拟结果和实际效果较吻合,使工作面达到了安全生产的要求.     

严重非均质油藏优势渗流通道成因机制研究

在胶结疏松砂岩油藏的注水开发过程中,由于注入水的长期冲刷,油藏孔隙结构和物性参数发生很大变化,在注水井和油井之间有可能形成优势渗流通道,从而加剧了油层非均质性及层内矛盾,进一步增加提高采收率的难度.该次研究运用多种手段,通过动、静结合,研究了油藏优势渗流通道的形成机理,为剩余油分布规律研究和挖潜奠定了坚实的基础.     

瓦斯压力对原煤渗透特性的影响

以松藻煤电公司渝阳煤矿8号突出煤层原煤试样为研究对象,利用实验室研制的三轴渗透仪,进行不同轴压围压条件下瓦斯压力对突出原煤渗流特性试验。试验结果表明,瓦斯渗流速度随着瓦斯压力的增加而增加,呈显著的二次多项式函数关系;随着瓦斯压力的增加,突出煤体的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,具有明显的Klinkenberg效应;渗透率随瓦斯压力的增加呈“V”字形变化,具有明显的阶段性;随着瓦斯压力的增加,Klinkenberg系数b与绝对渗透率Kg之间呈显著的幂函数关系;瓦斯压力p与渗透率K之间呈显著的二次多项式函数关系。     

煤层透气性系数的优化计算方法

在煤层瓦斯流动理论和径向流动法的基础上，对透气性系数计算公式组进行了修正，解决了径向流量法需要多次试算才能找到合适的计算公式，而且计算时还存在着无法找到合适计算公式或存在两个互相矛盾的计算公式等问题，并给出了不需要试算即可直接计算透气性系数的优化算法，简化了透气性系数的计算。     

煤与瓦斯突出的非连续变形分析(DDA)模拟

依据煤层裂隙分布规律和瓦斯运移特征,推导了瓦斯渗流量与瓦斯压力关系方程和瓦斯对煤体作用的瞬时平衡方程,并采用惯性阻尼与黏性阻尼联合方法求解,提高了计算精度,提出煤与瓦斯突出后稳定区的划分。运用改进的非连续变形分析（DDA）方法模拟了鹤壁煤电股份有限公司十煤矿煤巷掘进时一次煤与瓦斯突出过程。模拟结果与实际案例数据统计结论一致。     

煤层瓦斯非线性流动理论研究现状与展望

研究煤层瓦斯非线性流动理论有助于进一步认识煤与瓦斯突出机理,揭示煤层瓦斯非线性流动的致因是研究煤层瓦斯运移机理的关键。基于前期研究及文献调研,总结了国内外在煤层瓦斯非线性流动理论研究方面所取得的重要进展,展望了该领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势,认为煤层瓦斯非线性流动理论研究正朝着精细化、多因素多条件耦合的方向发展,加强多因素影响下煤层瓦斯非线性流动致因与非线性流动—多物理场耦合理论等方面的研究是未来主要发展方向。     

考虑启动压力梯度的低渗透煤层瓦斯渗流耦合模型及应用

低透气性煤层瓦斯低速渗流时具有非Darcy渗流的特征,为揭示非Darcy渗流现象的渗流机理,开展了包含非Darcy渗流现象的瓦斯渗流与煤岩变形耦合作用规律研究。根据低透气性煤层瓦斯渗流特征,考虑启动压力梯度作用下的非Darcy渗流规律,研究游离瓦斯渗流、吸附瓦斯扩散流动机理和煤岩变形等过程,建立含启动压力梯度的渗流耦合模型,并利用该模型开展本煤层预抽钻孔数值模拟研究,结果表明,考虑启动压力梯度的模拟结果更符合低渗透煤层瓦斯运移规律,依据模拟结果布置井下钻孔,工作面预抽钻孔抽采瓦斯量为1.09 m³/t,抽采效果理想。     

基于渗透率变化的煤层瓦斯抽采特性理论分析

煤层瓦斯抽采实现是防治煤与瓦斯突出、防止瓦斯爆炸和瓦斯燃烧的基本措施。目前钻孔对煤层进行瓦斯抽采期间,煤层渗透率的变化规律以及由渗透率变化引起的煤层瓦斯抽采特性是现场生产过程中经常忽略的问题。为分析瓦斯抽采期间煤层渗透率变化规律以及由渗透率变化引起的煤层瓦斯抽采特性,以渗透率主导影响因素有效应力和基质收缩效应作为切入点,主要采用理论分析的方法开展研究。结果表明:钻孔抽采使煤层有效应力增加、基质收缩;有效应力的增加使煤层渗透率降低,基质收缩使煤层渗透率增大;煤层瓦斯抽采呈现有效应力与基质收缩一负一正、先后占据主导作用的影响效应。     

钻孔风排钻屑法测试煤层瓦斯含量

基于传统井下煤层瓦斯含量直接测定法实际应用中受取芯操作工艺制约,样品暴露时间较长,影响测试结果的准确性,提出了钻孔风排钻屑煤层瓦斯含量测试方法,在不同地区的对比试验结果显示,风排法显著缩短煤样暴露时间,减少了损失气量计算误差,为研究煤层瓦斯含量井下直接测试方法进行了有意的探索。     

成型煤样瓦斯渗流的实验研究

过制作圆柱型煤煤样并在自主研发的三轴瓦斯渗流系统中进行了一系列实验,模拟瓦斯在煤层中的流动,得出瓦斯在不同围压下的渗流系数。实验中瓦斯的流动近似为一维径向渗流,利用质量守恒定律建立连续性方程,并通过分析找出参数的理想情况与实际情况的对应关系,建立由实验所能测得参数组成的偏微分方程,把渗流系数代入上述方程并在一定条件下解出方程,发现在一维径向渗流情况下,瓦斯压力与渗流距离呈指数关系,即在实际采煤中通过钻孔卸压是较为安全且有效的措施。     

煤层瓦斯突出危险区综合预测方法

常规的瓦斯突出预测技术,主要从单一角度出发,无法达到多因素影响下的瓦斯突出危险区域预测精度。以某研究区为例,利用基于遗传算法的支持向量机(SVM)网络,预测了瓦斯含量;将孔隙度作为构造煤的判别因子,并通过概率神经网络(PNN)反演方法,得到了构造煤分布情况;介绍了基于自然伽马曲线的拟密度反演方法,获得了煤层顶板岩性情况。综合瓦斯含量、构造煤分布及煤层顶板岩性3个方面特征,建立了一套瓦斯突出危险区域综合预测方法,为判断瓦斯突出危险区提供了理论基础。经过与实际突出位置做验证,预测结果吻合,说明了综合预测方法在此研究区具有较高的准确性。