文摘

调查本地吸附气解吸扩散迁移的作用下煤的温度一直是煤矿安全研究的重要方向之一。5煤样本四川芙蓉矿区不同等温条件下研究了(35°C, 30°C, 24.5°C, 36.2°C,和40°C)通过实验室测试;吸附解吸、扩散和迁移过程的气体进行了研究;逃出来的气体体积扩散的过程中,逃出来的气体压力,和气体成分含量的浓度的变化进行了总结;和排放气体体积曲线将最终发现常数在等温过程。此外,逃脱了气体浓度增加然后减少的趋势。基于煤的CT扫描片样品,煤炭裂缝网络模型基于泰森多边形收缩方法本文建立和使用ls - dyna软件分析瞬态扩散行为三个等温条件下的甲烷(24.5°C, 30°C, 42°C),和实验结果进行了验证。

1。介绍

煤是世界上最重要的能源之一;浅层煤炭资源的日益短缺,越来越多的矿山进入开采深度超过1000米。摘要随着煤矿开采深度的增加,随着地应力的崛起,进水量的增加,地面温度的增加,深部地质环境变得更加复杂。加上强劲的采矿扰动引起的深部开采(1- - - - - -3),地下工程的突然灾害越来越严重(4,5]。

煤气导致矿业工程、频繁的和有害的灾难和天然气煤体内存在的形式自由状态和吸附状态。免费的天然气主要分布在大孔隙和裂缝在煤体内。吸附气体可分为两种类型:一是吸附表面的缺口,另一个是固溶体的形式之间的煤分子或晶体(6- - - - - -9]。随着深度的增加,煤的具体总孔隙体积会减少。一般来说,大孔隙的比例的总孔隙体积随深度的增加,而微孔的比例显著增加,和总比表面积显著增加,这表明煤可以吸收更多的天然气。

天然气和煤炭的身体在自然煤层存在于一个平衡的状态。煤层开采时,煤岩的原始应力状态的变化和新裂纹的起始导致解吸和扩散的气体从煤层采空区。同时,随着开采深度的增加,因为深度较大,煤的变质过程中生成的气体的总量超过浅的煤炭。因此,越来越多的学者注意到气体吸附和解吸过程10- - - - - -15]。例如,王et al。16- - - - - -19)采用正交试验研究颗粒大小的影响程度,温度、压力、含水率、和成型压力对煤瓦斯解吸能力,和五个因素的敏感性是用来进行回归分析。研究过程中能量变化规则在煤炭、天然气吸附和解吸adsorption-desorption实验设备被高et al。20.),和六个各种粒子大小不同压力条件下的煤样进行了评估。基于甲烷的物理吸附的本质,临界含水率的影响和液态水甲烷吸附和解吸进行了研究,为综合治理提供指导的天然气汽油矿山(21- - - - - -24]。精确计算了气体从煤的数量,通过压汞porosimetry方法(MIP)有限公司₂(273 K)吸附方法和气体吸附平衡测试,孔隙结构的影响,失去了气体的气体扩散属性构造和完整的煤进行了王et al。14]。金等。25)开发了一种新的装置进行模拟实验的不同气体有限公司₂和N₂,爆发煤气流的形成和传输机制的道路研究,以及气体解吸的影响在其发展进行评估。采用气体解吸和扩散实验系统进行等温甲烷气体解吸和扩散实验,和李et al。26)建立了一个新的数学模型对气体扩散煤颗粒计算扩散系数。基于高/低温度压力swing adsorption-desorption实验系统,固定大小的数学表达式解吸指数( )建立了李et al。27),和气体压力的影响,损失时间,煤颗粒大小和扩散系数进行了研究。

随着埋藏深度的增加,温度的线性增加,煤和传统的地温梯度为30°C /公里。当温度超过正常温度、煤岩的力学和变形特性明显不同于普通的环境。此外,温度的上升也会导致深层煤体内气体扩散越快;因此,必须研究温度对气体解吸过程的影响(28- - - - - -31日]。考虑到气体压力的影响,温度和煤孔隙度,在非等温条件下瓦斯desorption-diffusion thermal-diffused-mechanical耦合模型是由刘et al。32),气体desorption-diffusion测试进行等温和绝热条件下煤粉。基于煤氧化加热系统和高温高压气体吸附仪,徐et al。33)进行实验来研究煤层的最佳氧化温度促进甲烷解吸。煤炭样本准备用甲烷和解吸实验氮、解吸压力和温度的曲线,和解吸压力和温度的理论模型在系统中考虑根据玻耳兹曼能量分布定律成立(34]。

因为吸附气解吸和扩散行为的原煤在耦合条件下的温度和压力是我们关心的问题,所选煤样品不是密封的,所以自由气体在裂缝可以扩散到空气中。在这种情况下,只剩下吸附气体的煤。吸附气体的扩散过程的过程中升温和恒温过程实验,研究了煤样的扩散系数计算结合扩散函数,在煤吸附气体的扩散过程工程温度进行了数值模拟。它提供了一个理论指导深煤矿瓦斯防治工程。

2。气体解吸实验和分析

2.1。实验设备

鉴于深层煤相比具有许多特色浅煤炭的身体,温度和压力的影响在煤的物理力学特性矩阵是陌生人。与此同时,它有一个大的比表面积可以吸附更多的煤气。为了研究煤吸附气体的解吸和迁移规律在耦合过程的温度和压力下,深层的温度和压力耦合测试系统重点实验室呆地质力学和地下工程被用来重建原来的吸附解吸和扩散迁移过程在恒温条件下煤气。眠的气体,测试系统还可以测量泄漏气体的压力,泄漏气体的体积,逸出的气体的组成,和百分比浓度的组件。

实验系统包括五个子系统,即主机系统、伺服控制系统、温度控制系统、气体成分检测系统、计量系统,如图1。主机系统包括轴向系统(泵1)和横向系统(泵1)。轴向加载系统由主机和轴向液压系统。轴向加载系统称为xtye - 2000液压试验机,可实现的功能目的施加轴向压力的样本。侧压系统油压压力室的适用于实现圆周压力的函数应用于煤炭样本。轴向压力和径向应变分别进行轴向应变计(④)和周向应变计(⑤)安装在样品的表面。温度控制系统包括温度控制器(加热控制器),温度传感器(③和⑥),和电热设备(①)可以实现油温的自动控制功能,控制温度控制系统,和温度控制器调整当前电热设备的监控数据的油温传感器(③),然后实现了精确控制液压油的压力室(精度±0.1°C)。另一个温度传感器是直接附在样品的表面监测煤样品本身的温度变化在加热过程中,调整温度根据实验要求。样品和传感器(⑥)与橡胶密封(⑦)来阻止石油进入影响测试的样本。气体监测系统的组成和三轴压力室通过导管连接(气体出口)和气体监测系统主要包括氮和氢的一体化机,气相色谱仪(气相色谱)。色谱仪使用一系列热导检测器(TCD)与氢火焰检测器(FID)的测试方法,它可以检测眠天然气煤炭样品的主要组件,使自动分析气体成分的各自的内容。 The gas measuring system includes a highly sensitive gas-pressure sensor (measurement range of -1000 Pa~1000 Pa) and two gas flowmeters with different ranges (the working range of the flowmeter with a low range is 0~5 ml/min, and that with a high range is 0~50 ml/min). In this way, the parameter information of gas composition, content, pressure, and flow rate can be obtained during the experiment.

2.2。实验过程

因为这个实验只研究吸附气体的解吸扩散迁移的原煤在恒定的温度下,只需要考虑温度的影响。具体实验步骤如下:(1)粘贴煤样的表面温度传感器与硅胶胶带并修复它。画的布线孔保留中间的胶皮套,然后焊接的温度传感器控制。煤炭样本然后挤在耐高温氟橡胶套,和上部和下部之间的毛孔垫和橡胶套和橡胶套筒中间的孔是用硅胶密封。把煤样品压力室(2)连接油温导体温度和煤炭导体温度控制器。将电热丝连接到温度控制器(3)检查色谱仪,连接的色谱仪标准油箱,连续检测标准气体,并比较浓度检测结果与标准浓度;如果两者的区别意味着色谱仪在良好的工作条件,测试才能继续(4)连接色谱仪的进气压力室的上端。连接流量计和色谱仪。打开温度控制器和色谱工作站和调整自己的时间相同(5)设置温度目标价值和提高温度。保持温度,当温度达到目标。检查气体的组成每半小时一次(6)停止测试

2.3。实验样品

从公告所选煤质量块被四川煤矿。5煤质量是首先包装,然后发布到实验室后立即被。五个煤炭样本来自的四个在同一工作面煤炭质量。2422年。根据国际岩石力学学会的推荐方法35),处理过的煤样大小 是由使用钻孔机和双圆盘磨机在实验室里,和样品的粗糙度控制小于±0.05毫米,直径的误差小于0.3毫米,控制偏差之间的垂直部分和试样的轴线控制不到0.25°。

公告煤矿在四川芙蓉矿区属于古生代二叠纪玄武岩的形成,和煤是无烟煤。矿区位于四川盆地和云贵高原的接触区,地形北高南低。井场位于伦敦西区的次级褶皱长双anticline-the Shuanghe背斜南翼。除了一些小型波浪起伏,它基本上是一个单斜结构缓倾斜,与200 ~ 230°的一般倾向和倾角7 ~ 26°,从而增加逐渐从西到东。本矿区煤系地层有透气性差,轻轻和结构是一个倾斜的单斜结构。煤层的瓦斯含量相对较高,和煤层的自燃也将出现在本煤层,这是我一个汽油。煤炭样本取自2442工作面机巷的我的。工作面煤体强度的低,而且会有大幅增加,能量的突然释放,这样煤炭的身体爆发与瓦斯突出发生频繁。总共5个样本,如图2。为了保证实验结果的准确性,从三个方面措施。首先,样品制备过程的严格控制,以确保平整度煤炭样本,所以煤炭样本之间的紧密联系和密封。其次,煤炭样本放置至少一个月,这样自由气体提前可以扩散到空气中,而只保留在煤吸附气体样品。第三,样品密封以及电线和天然气管道,以便监测气体的迁移和扩散吸附气体在煤体内。

表1给出了测试样品的基本物理参数和实验过程的一些基本信息。

2.4。实验结果

数据3- - - - - -5煤的解吸和扩散的相关曲线样品1 - 1 #,1 - 4 #,1 - 5 #在恒温条件下,分别。从图可以看出3(一)逃脱了气体的压力波动没有大的峰值在0。逃出来的气体的体积增长最快的时候0分钟,然后慢慢增加,直到达到最大值的水平1.055毫升,70分钟。可以看出,这三个组件的浓度先增加然后减少;最小值发生在6.5分钟,它的大小为5.60%,0.437%,0.00479%;的最大值发生在49.51分钟,值是6.30%,0.799%和0.006%;和实验的浓度在6.11%,0.785%,和0.00578%,分别。

图4(a)对应于一个相对较短的时间内的恒温过程,和泄漏气体的体积相对比其他的样品,在此达到最大值2.87毫升的但没有达到解吸平衡态。此外,它可以看出逃逸气体的压力似乎有三个小山峰,16 Pa在9.6分钟,16 Pa为46.7分钟,58 Pa对应94.6分钟。流动曲线在相应的位置也显示了一个跳增长,表明逃离的正压气体对应急剧增加,泄漏气体的体积。从图可以看出4(b),没有乙烷的成分,和甲烷和二氧化碳的浓度曲线显示一个线性增长的趋势。最小值发生在0.88分钟,值是0.279%和0.1476%,分别。最大值发生在结束时间,值分别为0.352%和0.2357%,分别。

图5(一个)显示逃逸气体压力的最大值超过100 Pa, 20分钟内,五个积极压力超过20 Pa发生,导致大幅增加体积曲线的逃逸气体在这些位置。此外,逃离的压力气体达到50 Pa在35.5分钟,76.3分,和逃逸气体的最大数量是1.3毫升。从浓度曲线可以看出,三种气体甲烷,二氧化碳和乙烷都在场,和浓度曲线显示了增加的趋势。最小值是2.1%、0.15%和0.015%,分别和最大值为2.50%,0.253%,和0.014%,分别。

数据6和7对应于煤的恒温测试曲线2 - 1 #和2 #样品在芙蓉矿区,分别。从图可以看出6(a),在36.4分钟,44.7分,气体压力似乎超过50 Pa,和气体的量演化曲线也会增加在相应的位置;逃出来的气体的测量是2.12毫升。图中可以看到6(b),甲烷浓度先增加然后减少,最大值是3.39%,这发生在21.0分钟;最小值发生在初始阶段,这个数字是2.93%,和乙烷和二氧化碳浓度要小得多;最大的二氧化碳水平发生在实验的最后,这个数字是0.345%,乙烷的最大值为0.010%,发生在21.0分钟。图7(一)表明,逃出来的气体的体积曲线稳步上升,最终达到2.57毫升。浓度曲线也显示这一趋势先增加,然后下降。最大值发生在第70分钟,和相应的三个组件的浓度分别为0.864%,0.348%,和0.0014%,分别。最小值分别为0.725%、0.241%和0.0012%,分别发生在实验的开始。

一句话,尽管这5个样本都来自同一位置,同一矿区和他们显示不同的属性在不同等温实验。逃出来的气体数量不会增加按照温度的增加,但在30°C样品的最大体积逃气,紧随其后的是样品在42°C,和最低逃脱气体体积对应样本在35°C。因此,煤样的个体差异是一个重要因素影响样本的结果,但结论是画;在等温过程,解吸组件浓度符合规则先增加,然后降低。

3所示。模型建立与验证

3.1。煤岩模型建立

图8(一个)显示了一个常见的煤表面骨折,而图8 (b)给煤损伤CT扫描片的断裂分布信息。从图表可以看出,裂缝分布与多边形形式相比,所以适当的多边形变换可以用来构建一个煤炭裂缝孔隙模型。

泰森多边形法图,也被称为狄利克雷马赛克,狄利克雷于1850年首次提出,然后简化俄罗斯数学家泰森多边形法。在1911年,它被荷兰气候学家A.H. Hiessen划分气象观测站点的有效区域(34]。简单,飞机的泰森多边形法图是一个分区,控制点的设置 ,任意两个点不托管的,任何不cocircular 4分。在任何凸多边形(泰森多边形),距离内指向控制点的凸多边形的距离小于指向其他控制点 。图8 (c)显示了泰森多边形50控制点生成的示例。如果泰森多边形本身是固体,裂隙通道是由多边形与多边形的分离。由于泰森多边形的边界之间的距离由上述方法建立是0,不能在建模的过程中形成的裂缝。因此,裂缝必须生成多边形之间的粒子通过向内收缩。在这一章,一个多边形内收缩方法用于分析孔隙度的变化与不同的类似缩率。

多边形收缩的原则如下: 在哪里 迁移后的多边形的坐标, 是初始坐标,然后呢 是偏移的值。和上述三个参数都是矩阵,如图9(一个)和9 (b)孔隙度的变化曲线,计算在不同的缩率。

3.2。煤岩天然气扩散系数的选择

煤是一种非常复杂的多孔介质,具有双重孔隙结构。迁移的甲烷在煤层的孔隙包括三个过程:解吸、扩散和渗流。煤层进入地下深处时,地面温度逐渐上升,高温煤体内和气体扩散速度非常快。目前,实验研究了气体的吸附和扩散行为煤条件下外部气源。然而,吸附气体扩散系数的数值的原煤仍然是很难估计的,所以它可以用来估计原始煤的吸附气体扩散系数等温测试的数据。

由于扩散传质主要形式的燃煤颗粒和骨折,假设粒子均匀的毛孔和转移阻力是稳定的。假设扩散系数是独立的实践,然后可以看出扩散过程遵循菲克第二定律,和球坐标的扩散微分方程如下:

很容易知道扩散系数(厘米吗²/秒),扩散流体的浓度(克/厘米吗³),是极半径(cm)。当初始条件和边界条件,上述微分方程的解析解如下:

这里定义,在吗是积累的扩散量(厘米³)时间 , 在扩散过程中最大值,甲烷在煤基质粒子的扩散速度。文献[20.)通过数值模拟得到以下关系方程(3)。

因为扩散比例等于解吸甲烷扩散过程的比例煤炭矩阵 在哪里是累积解吸(厘米³)时间和是最大的解吸扩散的过程。因此方程(5)进入方程(4)。取自然对数表达式的

因此,可以通过拟合实验数据。自 ,全面扩散系数可以获得。TM1-1 #, TM1-4 #, TM1-5 #, TM2-1 #, TM2-2 #的芙蓉公告煤矿为例计算扩散系数。假设煤颗粒的平均直径为0.2毫米。根据 ,表2显示相关的扩散参数的计算结果芙蓉煤矿煤炭样本选择。

3.3。模型验证

因为大多数扩散过程是不稳定、不稳定扩散过程要求菲克第二定律计算。浓度随时间的变化的值等于扩散通量随距离的变化 : 在哪里扩散系数(m²/ s)和扩散物质的体积浓度(公斤/米³)。 浓度梯度,扩散时间。如果扩散系数独立于浓度,方程(6)可以写成

然后,用初始条件和便利条件,方程的偏微分方程(8)可以解决,和浓度分布,浓度梯度分布,扩散通量在每一刻。

方程(9)给出了微分方程形式的瞬态热传导方程,由于数学相似形式之间的瞬态热传导方程和菲克第二定律的扩散系数微分方程,求解热传导方程的方法可用于解决非定常扩散方程。

这个模型是基于含煤的物理力学条件 - - - - - - 耦合测试系统的煤样。为了恢复真正的实验条件,由于采样过程和运输过程,肤浅的表面的吸附气体扩散到空气中,和测试无法摧毁的孔隙裂隙结构简单的等温条件,因此本文假设在温度的作用下,气体主要是通过孔隙扩散通道,只能传播的连接通道。直径和高度的煤样品50毫米和100毫米,分别。在仿真中,我们选择了一个二维的部分 为研究对象,和煤岩样品的等效孔隙度为26.24%。因为煤炭样本取自相同的网站,认为所有样品的孔隙度是相同的。在实验过程中,气体可以在任何方向扩散,因为在本文的实验中,煤岩被放置在氟橡胶的热缩套管,和顶部和底部接触垫块。垫块和橡胶套筒与硅胶键合在一起,以确保所有气体只能逃避上述缓冲气体通道的中心煤炭样本。鉴于上述条件下,建立了模型的边界条件见表3几何模型和边界条件可以如图10。

三个温度的数值模拟本文使用的几何模型是相同的。主要考虑以下因素。首先,由于煤样测试本文来自同一个地方,他们有相同的属性;其次,在孔隙度方面,三个相关煤炭样本的值近似相等。第三,为了减少变量,不同温度对吸附气体的扩散过程的影响进行了研究。根据上述三个原因,本文采用相同的几何模型进行数值模拟。

4所示。温度对气体扩散过程的影响

很难获得气体的扩散系数在煤的孔隙内部孔隙结构的复杂性。通过实验,李et al。36和王et al。37)指出,在相同的初始吸附量的情况下,在加热的过程中扩散在不同的温度下,高温时的扩散量总是大于低温,但低温扩散过程可以更快地到达扩散平衡。温度上升将甲烷分子能量更高,使更多的分子眠,和温度的上升会增加扩散系数,所以温度上升,甲烷分子更快的传播速度,从而能够展开更多的气体分子。

上面的测试主要侧重于自由气体的扩散行为。然而,最初吸附气体的扩散系数在原煤矩阵是完全不同的从上面的结果。众所周知的部分2。4吸附气体(甲烷、二氧化碳和甲烷)原煤波动在恒定的温度下,如图3- - - - - -7。

在地球的内部,地壳的温度一般随深度逐渐增加,气温上升30°C的每1公里平均深度的增加。计算的表面温度20°C,相对应的温度范围为0 ~ 1公里20°C ~ 50°C,和大多数煤矿在中国仍低于1公里。因此,本文数值模拟温度的选择也相对常见的工程下的温度。

LS-DYNA是一个功能齐全的几何、材料和接触非线性程序。它使用了拉格朗日算法,ALE算法,和欧拉算法;该项目是基于一个显式算法和隐式的解决方案。这个程序可以执行非线性动态分析。摘要扩散过程的模拟是一个非线性动态扩散的过程。尽管LS-DYNA没有扩散模块,它有一个热传导模块。因为两个方程之间的相似之处,它可以用于计算的模拟。这种方案的缺点是,建模功能差,因此它需要联系其他软件进行几何建模;本文运用MATLAB进行几何建模。本文建立的模型是基于泰森多边形。 Although the model is consistent in porosity, it is still different from the real pore structure.

为了繁殖的过程中甲烷在煤吸附气体扩散通过数值模拟,LS-DYNA用于模拟甲烷扩散过程在原煤三个温度(24.5°C, 30°C, 42°C),最后,也都是比较。

4.1。扩散过程的数值模拟为24.5°C

图11云地图显示了浓度分布对应的八个时间点甲烷扩散过程在煤的情况下24.5°C,和相应的时间点是0,30年代,50年代,90年代,180年代,250年代,400年代和800年代,分别。相对应的模拟样本FR1-5 #,恒定的温度是24.5°C,和相应的扩散系数 。从图中可以看出,甲烷是集中在中心的样品开始计算,计算持续,甲烷开始扩散均匀,裂缝周围的甲烷浓度慢慢从零增加然后减少,和甲烷浓度在中心区域越来越小。它减少了在50年代,下降到在250年代,和减少在800年代。在非中心地区,天然气的浓度先增加然后减少,主要是因为中央地区的浓度不断降低,减少了浓度梯度。一般来说,甲烷从中心向外扩散均匀的多孔介质。中央高度集中地区的气体逐渐弥漫在周围的裂缝,和中心区域的浓度逐渐减少,而在其他领域的浓度先增加,然后降低。

4.2。扩散过程的数值模拟在30°C

图12显示了浓度分布云映射对应八个气体扩散过程的时间点在煤炭30°C,和相应的时间点是0,30年代,50年代,90年代,180年代,250年代,400年代和800年代。仿真对应样本FR1-4 #,扩散系数 ,和等温扩散温度是30°C。同时,可以看出,在开始计算,样品的甲烷是集中在中心;计算仍在继续,甲烷逐渐传播随着裂缝通道,甲烷浓度骨折周围慢慢从零增加然后减少,和甲烷浓度的中心区域越来越小。它减少了在50年代,下降到在250年代,和减少在800年代。可以看出,中心区域的减少的速度在30°C浓度低于24.5°C。它还可以看到,在50年代,甲烷气体已经扩散到左边和右边墙壁,但侧壁与氟橡胶密封包,不能允许气体通过;因此,可以看出,在90年代,甲烷的传播开始转移扩散均匀,上下沿长度方向传播。和边界是一个封闭的区域,通过上面的出口气体最终扩散。类似地,非中心地区,天然气的浓度先增加然后减少。一般来说,多孔介质中的扩散过程的甲烷从中心向外均匀扩散,然后向上和向下传播,最后扩散到上面的出口。气体在中央高度集中区域附近的裂缝逐渐扩散,和中心区域的浓度逐渐下降,而其他地区的浓度增加和减少。

4.3。扩散过程的数值模拟在42°C

图13显示了浓度分布云映射对应8气体扩散过程的时间点在煤炭42°C(一样的人物11和12)。此仿真对应样本FR2-2 #,对应的扩散系数 ,和实验温度42°C。也可以看到,甲烷扩散的规律基本上是一致的与24°C和30°C,除了扩散速度慢得多,因为对应的扩散系数较小。中部地区的浓度降低在50年代,在250年代,在800年代。可以看出,中部地区的浓度减少慢慢在42°C比为24.5°C。在非中心区域,气体浓度仍然增加,然后降低。

4.4。结果分析和讨论

理论上,甲烷的扩散系数应该上升温度低于60°C。但在这篇文章中,实验结果不支持,因为实验本文关注的内部本地吸附气解吸和扩散在等温条件下煤样。煤样解吸量与样本;尽管所有的煤样品同一位置相同的煤矿,原联合的存在仍然是不同的;其他因素如钻探过程中,切割,磨也将改变实际关节的内部状态和毛孔吸附气体的状态。此外,实验过程的影响不容忽视,如密封和持续时间的不同的等温过程;这些都是重要的因素。

图14显示了数值模拟的结果。甲烷气体浓度的变化曲线在出口时间显示,温度越高,时间越长,浓度的峰值时间将在出口浓度越高。图15在出口显示甲烷流量的变化曲线。产生的甲烷气体等温过程对应24.5°C和30°C大约是相同的。在42°C,由于扩散系数小,年底的甲烷释放量的计算也较小。

在这个模拟过程中,甲烷气体的扩散和迁移过程中断裂通道更加可视化,但煤的解吸和吸附过程样本矩阵本身并不认为,在未来的研究方向。

5。结论

摘要吸附气解吸和迁移的原煤的四川芙蓉矿区进行了研究实验通过 - - - - - - 耦合实验系统。吸附气体的解吸和迁移过程从原煤不同等温条件下进行了分析,和相关参数的变化(气体流速、气体压力和气体成分浓度)进行了记录和分析。吸附气体的解吸和扩散行为的等温过程。此外,根据煤样的孔隙结构,相当于煤炭建立了多孔介质的几何模型。LS-DYNA被用来模拟煤炭多孔介质吸附气体的扩散行为,得到了以下主要结论:(1)实验进行了等温解吸和扩散过程的芙蓉煤样品,和逃避气体压力的变化规则,逸出的气体体积,组件的浓度进行了研究。发现泄漏气体体积会突然增加积极的气体压力较高。组件的浓度先增加,然后降低。逃出来的气体的体积的斜率随时间降低,最后趋于一个常数的值(2)基于CT扫描图像的芙蓉煤炭样本,发现煤的联合分布样本的分布形式相似泰森多边形,一个方法来实现目标孔隙度建设利用建立了泰森多边形的收缩,和一个二维联合实验煤样的孔隙模型成立(3)基于一致性之间的数学表达式的瞬态热传导方程和菲克第二定律,根据计算的孔隙压汞测试,LS-DYNA被用来模拟恒温实验室实验过程中三个不同的实验温度(24.5°C, 30°C, 42°C)。结果表明,扩散系数越高,越快达到扩散平衡的时间,时间越短的气体浓度达到最大值。气体的扩散过程是一个缓慢的过程从高浓度区向低浓度区,也是一个煤样self-balance的过程。通过比较与实验过程,数值过程是在良好的协议

数据可用性

本文中的数据和解释,和读者可以访问的数据支持本研究的结论。

的利益冲突

无利益冲突存在于提交的手稿。

作者的贡献

批准所有作者出版的手稿。

确认

这项工作是支持的技术教育部的顶尖人才支持项目贵州省(155[2020],[2019]162年,[2017]307号),贵州大学的研究和发展项目的工程科学(批准号G2018016),毕节市科技计划联合基金项目([2019]26号),以及中国的国家自然科学基金(批准号41941018)。