煤粒瓦斯扩散系数随放散时间的变化规律研究

摘要

工程应用表明，目前的煤粒瓦斯扩散模型进行测定或计算瓦斯含量损失量、煤与瓦斯突出预测参数、煤层气储量等时存在较大偏差，存在偏差的一个主要原因是将扩散系数视为常扩散系数。煤粒瓦斯扩散系数的变化规律，特别是随时间是否变化以及如何变化，对提高煤粒瓦斯扩散理论在工程上的准确应用具有重大意义。
　　论文通过物理模拟实验、理论计算和对比分析，研究了煤粒瓦斯扩散系数随放散时间的变化规律及不同因素对其的影响，分析了该规律的准确性和适应性。首先开展了平衡压力、温度、水分、粒度、破坏程度、变质程度等六个因素对煤粒瓦斯扩散系数随放散时间变化规律的物理模拟实验。其次，在对比分析聂百胜式和杨其銮式扩散系数计算方法的基础上，数值拟合了扩散系数随时间的变化规律，分析了幂数式扩散系数中初始扩散系数和衰减系数的变化规律。最后，采用压汞法和液氮吸附法测定了不同变质程度典型软硬煤的孔隙结构，分析了扩散系数随放散时间变化的机理。
　　研究结果表明，分段计算扩散系数时，聂百胜式的计算方法优于杨其銮式；扩散系数随时间变化呈幂数式（D(t)=D0·(1+βt)-1），其相对于指数式（D(t)=D0exp(-βt)）来说与实验数据呈现更好地一致性；各个影响因素对扩散系数、初始扩散系数、衰减系数的变化规律均有影响。结合煤的孔隙结构、瓦斯吸附理论和运移理论，瓦斯在煤粒内分布位置和结构不同，扩散至煤粒外表面所经历的路径、阻力和孔径不同，是导致煤粒瓦斯扩散系数随放散时间延长而逐渐衰减的原因。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在问题

1.4主要研究内容及创新点

1.5 论文研究技术路线

2 煤粒瓦斯放散实验与相关数据处理

2.1 煤粒瓦斯放散实验

2.2 煤样采集及各煤样基本参数的测定

2.3 数据处理

2.4 本章小结

3 煤粒瓦斯扩散系数的计算模型

3.1 煤粒瓦斯扩散系数概述

3.2 扩散系数的计算方法

3.3 时变扩散系数的时间区段的选择

3.4 本章小结

4 不同影响因素下煤粒瓦斯扩散系数随放散时间的变化规律

4.1 平衡压力对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.2 温度对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.3 水分对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.4 粒度对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.5 破坏程度对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.6 变质程度对瓦斯扩散系数时变性的影响

4.7 本章小结

5 孔隙结构对煤粒瓦斯扩散系数的影响

5.1 煤中孔隙结构的分类

5.2 压汞和低温液氮的实验原理及应用

5.3 煤粒瓦斯扩散系数随放散时间变化的机理分析

5.4 幂数式扩散系数变化规律的验证

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1主要研究结论

6.2展望

参考文献

作者简历

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