非等温瓦斯渗流的吸附-解吸耦合LBM数值研究

瓦斯事故已经成为影响我国煤矿安全生产的主要灾害之一，研究在采动作用下的瓦斯渗流规律、探索新的耦合数值模拟方法，是瓦斯渗流力学、岩石力学、传热学及热力学等交叉领域的前沿性课题。本项目拟采用理论分析与数值模拟，结合实验测试与现场研究的方法，开展以下研究工作：首先针对瓦斯渗流特有的性质及影响因素，实验测试研究不同应力水平、温度变化对煤岩渗透率变化的影响规律，以及煤样在等温、不同温度下的吸附-解吸特征参数及其变化规律；再采用介观的格子Boltzmann方法（LBM），逐步构建出可描述应力场、非等温效应、吸附-解吸特征的瓦斯渗流LBM耦合模型，编制计算模拟程序包进行系统的数值模拟研究；最后通过现场实测结果对模型参数进行修正与完善，为研究复杂条件下瓦斯渗流规律探索新的途径与数值方法，将对揭示多因素影响下的瓦斯渗流规律、防治瓦斯灾害具有一定理论与实用价值。

瓦斯事故已经成为影响我国煤矿安全生产的主要灾害之一，研究在采动作用下的瓦斯渗流规律、以及探索新的数值模拟方法研究是瓦斯渗流力学与矿山压力交叉领域前沿性课题。本项目以构建多因素耦合的格子Boltzmann（LBM）模型及数值模拟为主，结合实验测试与现场数据，完成了以下主要工作：（1）在编译调试完成渗流LBM程序的基础上，系统研究了不同裂隙宽度、不同煤基质渗透率以及不同裂隙的走向对于瓦斯渗流速度和流量的影响规律，给出了定量的分析结果，为提高瓦斯抽放效率提供一定的理论依据；（2）将煤岩应力-渗透率变化规律的实验测试结果引入到LBM渗流模型中，数值研究不同应力分布条件下的瓦斯渗流规律；（3）依据煤体采动支承压力的现场数据，进一步推导出平均渗透率的有效计算公式分析比较储层总体渗透性的变化规律，构建多因素耦合的瓦斯渗流LBM模型展开综合的数值模拟研究。通过本项目的研究，为复杂条件下瓦斯渗流规律探索新的途径与数值方法，将对揭示多因素影响下的瓦斯渗流规律、防治瓦斯灾害具有一定理论与实用价值。