comsol煤岩体瓦斯、水渗流耦合过程数值模型及其在矿山工程中的应用

1、、煤岩体气、水渗透耦合过程数值模型及其在矿山工程中的应用、东北大学杨天红、三大物理过程、气体压缩过程、气体吸附与分析过程、扩散过程、渗透过程、应力-渗透耦合过程等四个物理数学方程、(1)气体渗流方程：四个物理数学方程最强大、最灵活和最弱的偏微分方程组模式(系数格式、通识和弱格式)。牙齿三茄子数学应用模式：适合解决线性问题的系数格式；适用于解决非线性问题的一般格式；弱形态(Weak form)最灵活，特别适合边界条件、时间序列复合模型，但应用也比较复杂。通常，大多数物理问题可以使用常规模式解决。解决方法FEMLAB简介，徐璐在其他物理字段中处理交叉合并项简单有效。另一方面，考虑了每个物理场的偏微

2、分方程中徐璐其他场的影响。另一方面，每个物理字段的计算变量可以直接用于关联关系定义。与脚本语言和Matlab语言兼容的牙齿软件产品具有强大的二次开发功能，特别适合创新理论研究。FEMLAB还具有强大的后处理功能。解决方法介绍了FEMLAB，1，基于数字视频处理技术的煤层气渗透过程数值模拟，数字视频处理技术中经常使用HSI色彩空间来表示数字图像。因为牙齿图像空间有利于人的肉眼感知。在HSI色彩空间中，颜色显示为“Hue(饱和度)”、“Saturation(饱和度)”和“Intensity(亮度)”。其中，H表示肉眼可见的颜色，S表示基于白色的饱和度，I表示亮度。HSI中的色彩空间值可以从RGB数

3、据转换。其中I的数字是r、g、b的算术平均值。(1)煤的精细数字图像(2)图像I值的分布，煤样品的精细扫描照片和基于数值图像技术的孔间隙分布，图1(a)可以看到文献18中提出的突出倾向性煤样品的精细照片，煤样品中树叶形状的斑点结构。灰度较低的部分可以视为裂缝。图1(b)显示了图像I值的分布。由此可见，I值很好地反映了煤的结构特征。煤样的每个组成部分中，孔间隙、渗透率和初始气体压力，在初始条件下，裂缝带的气体压力高于煤基质，因此气体从裂缝带扩散到周围，裂缝带和基质之间的气体压力索道继续下降。(威廉莎士比亚、温德夏、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气、煤气)时间t=1e04

4、 s为止，煤气开始集中流向排水沟。最终，在t=1e06 s左右，煤样内的气体压力等于出水口指定的压力，气体流动过程停止。t=1e-01st=1e 01 ST=1e 01 ST=1e 02 ST=1e 03 ST=1e 04 ST=1e 05 ST=1e 06 ST=1e 07s，气体压力和泄漏速度此处与点C点A、B、E位于基质中，初始气体压力为1.0 MPa。T=10 s以前，随着气体排放，裂缝带中的气体压力逐渐降低，煤基质中的气体压力继续增加，表明气体继续从裂缝带渗透到基质中。T=10 s时，采样中的气体开始集中流向排水孔，最终在t=1e5 s时，采样中的气体压力达到排水孔的压力值0.1 M

5、Pa。样例中5个点(A、B、C、D、E)的气体压力时间曲线，下图显示了5个特征点的孔间隙的变化曲线。与气体压力的分布曲线一样，在裂纹区域的点C和D处受到外部边界应力的影响后，孔间隙从初始值0.2减小到0.1855和0.188。随后，随着气体继续释放，气体压力降低，有效应力增加，孔压缩，气体压力减少，孔间隙继续减小。煤样品在气体渗透过程中的孔隙变化(断层的点C和D)，但是，如下图所示，煤基质中t=1e-02s首先因煤的变形而减少孔隙，但随着气体从裂缝渗透到煤基质中，随后气体开始集中流入排水口，整个煤样品的气体压力继续减小，有效应力增加，因此孔缝继续减小。，(2)本文提出的模拟参数下，应力场对煤的

6、压缩对渗透性的影响大于Klinkerberg效应和气体解吸效应引起的渗透率变化。因此，总的来说，煤层渗透率降低，随着气体继续排水，渗透率进一步降低。2 .洛河口气体浓度扩散-对流和风流场数值模拟，气体浓度扩散-对流场基本方程：Darcy方程，洛河口破碎岩石压缩过程中气体流场，郑智薰Darcy方程(石堆，土石坝流场)，洛河口气体浓度扩散-对流和风流场数值模拟P流体压力，pa流体密度，kg/m3；I单位向量；f流体阻力、落口气体浓度扩散-对流和风流场数值模拟、风流场基本方程：BR Inkman Equations : Fast Flow in Porous Media、落口风流场、模型构建、计算模

7、型和方案参考综放工作面的具体尺寸均匀性(5个也就是说，大约一周的推进时间瞬间完成了。假设牙齿期间每个区域的通气系数分布不同。具体使用的计算模型相关条件如下：创建模型，创建模型，边界条件：(1)通风条件：左下20m是进水口边界，左上20m是通风口边界，压差为100Pa，其他边界是渡边杏通风的边界。(2)扩散条件：右侧边界为绝缘对称边界，其他边界为补给，推进区域1时上下边界补给量为1.2e-6mol/m2s，还原项目为3e-6 mol/m2s，描述了气体流量随着开采动态过程增加的气体量。建立模型，初始条件：域内气压，气体初始浓度3mol/m3；推进新工作面区域时，将初始补充浓度Cbc (3mol/

8、m3)添加到现有区域气体浓度模拟结果C0，用作先前推进工作面的初始浓度。创建模型、时间点：设置非均匀乘积步长增量、初始值7s、结束手指7e5s和100个中间时间值。计算参数：动态粘度系数=1.8e-5pas，流体密度=1200kg/m3，扩散系数D=2e-5m2，瞬态时间比例系数=0.55，创建模型，推拉区域，透气性，(1 第1 7e5s瞬态时间域2 goaf气体浓度分布，模拟结果分析，时间=7s气体浓度，模拟结果分析，时间=7e3s时气体浓度，模拟结果分析，时间=1.1e 5s时气体浓度，模拟结果分析，第2阶段推进时A2-A2截面浓度变化曲线在第四阶段推进中，A4-A4截面浓度变化曲线，讨论

9、，(1)，讨论，(2)对于每个推进阶段，当时间达到7e5s(8d左右)时，风流基本上将牙齿地区的气体浓度降低到安全范围(接近0mol)，可以看出牙齿地区的流速远远大于以前的区域。 上一区域左下部分(占整个区域的四分之一)的气体浓度也可以有效降低，对其他区域气体浓度分布的影响有限。讨论，(3)如图9所示，气体浓度从沿工作面推进的方向逐渐增大到台阶上，通风量只能在一定范围内降低气体浓度，而且离通风口越远，气体补给的时间和补给量就越大。讨论，(4)模型的上下边界都是供气边界，但模型的左下边界是进水口，因此气体根据风流对流有效减少。模型的左上边界是通风孔，气体容易聚集在回流空气的角落，因此气体浓度很高

10、。3，3-d渗透耦合模型和瓦斯抽放，根据实际3-d煤层瓦斯抽放过程，横向纵向大于10m10m10m的3-d计算模型，模型的左下边界为胡同，3个瓦斯抽放孔K 1，K 2，K 3之间的距离1m，与水平面的45度分布，K1，K 3，(2)初始条件：内部有1MPa的初始气体压力，三个排水口的压力为0.25e5Pa。(3)时间步长：设定非均匀乘积步长增量、初始值1s、结束手指1e7s(约10d)和100个中间时间步长。(4)计算方法：在模拟外部载荷条件下(2MPa、10MPa、20MPa、0.1MPa)，气体排水效果和渗透性变化规律。(5)计算参数：相关参数列表1中列出。，模拟结果分析，推进区域2的计算

11、结果下图显示了曲面图表(如1s、1.28e5s、1.08e6s、1e7s瞬态时间渗透系数分布和压力)、渗透系数分布、时间1s时渗透系数分布、渗透系数分布、时间系数分布、时间Time1.08e6s时投资系数分布Time1s时压力等曲面分布Time1.08e6s时压力等曲面分布，压力等曲面分布，Time1e7s时压力等曲面分布，Z=0m切片位置气体压力时间变化分布，外部载荷0.1MPa，Z=0m切片位置气体压力时间变化分布，外部载荷2MPa Z=1 time 1 S2 time 1 e 5s 3 Tim e5e 5s 4 time 1 E6 S5 Tim e5e 6s 6 time 1 e7s；L

12、1 time 1 S2 time 1 e 5s 3 Tim e5e 5s 4 time 1 E6 S5 Tim e5e 6s 6 time 1 e7s，外部负载为0.1MPa 1 time 1 S2 time 1 e 5s 3 Tim e5e 5s 4 time 1 E6 S5 Tim e5e 6s 6 time 1 e7s 1 time 1 S2 time 1 e 5s 3 Tim e5e 5s 4 time 1 E6 S5 Tim e5e 6s 6 Tim e5e 6s 6 time 1 e7s，外部负载为10MPa时，L2位置气体压力随时间变化1 time 1 S2 time 1 e 5s 3 Tim e5s 4 time 1 E6 S5 Tim e5e 6s 6 time 1 e7s，外部负