第三章煤层瓦斯流动理论解析课件.ppt

1、中中 国国 矿矿 业业 大大 学学安安 全全 工工 程程 学学 院院煤矿瓦斯治理国家工程研究中心煤矿瓦斯治理国家工程研究中心矿矿 井井 瓦瓦 斯斯 防防 治治程远平程远平 王亮王亮1 1煤层瓦斯流动方式煤层瓦斯流动方式孔隙直径为孔隙直径为10-510-4，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透孔隙直径为孔隙直径为10-4210-4 cm，瓦斯流动为层流渗透，瓦斯流动为层流渗透孔径大于孔径大于 210-4 cm，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流孔隙直径小于孔隙直径小于10-5 cm，瓦斯流动属于

2、分子扩散，瓦斯流动属于分子扩散孔径小于孔径小于310-7cm，出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散，出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动煤层瓦斯流动一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态上述三种流动是按照流场的空间流向分类的基本形式。在实际煤矿中，由于煤层的非均质性、煤层顶底板岩性的多变性等自然条件的不同，实际井巷和钻孔中的瓦斯流动是复杂的，有时可能是几种基本流动

3、的综合。工程分类工程分类煤层中的位置煤层中的位置流场类型流场类型备注备注巷道巷道巷道高度巷道高度 煤层厚度煤层厚度单向流动单向流动开始为径向流动，排放一段开始为径向流动，排放一段时间后，转化为单向流动时间后，转化为单向流动巷道高度巷道高度煤层厚度煤层厚度单向流动单向流动钻孔钻孔穿层钻孔（穿层钻孔（包括地面钻孔）包括地面钻孔）径向流动径向流动顺层钻孔顺层钻孔单向流动单向流动开始为径向流动，抽采一段开始为径向流动，抽采一段时间后，转化为单向流动时间后，转化为单向流动一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤矿常见的流场分类煤矿常见的流场分类p按流场的稳定性分类按流场的稳定性分类分类分类定义定义

4、特点特点稳定流场稳定流场在稳定流场中，任何一点的在稳定流场中，任何一点的瓦斯瓦斯流速、流向和压力流速、流向和压力均不均不随时间而变化，故而称其中随时间而变化，故而称其中的瓦斯流动为稳定性流动的瓦斯流动为稳定性流动具有固定的瓦斯源；具有固定的瓦斯源；出口和入口的瓦斯压力不随时出口和入口的瓦斯压力不随时间而变化；间而变化；煤层仅仅是瓦斯流过的通道，煤层仅仅是瓦斯流过的通道，所以流场各个点的瓦斯压力也不所以流场各个点的瓦斯压力也不变。变。非稳定流场非稳定流场在非稳定性流场中，流场中在非稳定性流场中，流场中任何一点的瓦斯流速、流向任何一点的瓦斯流速、流向和压力都随时间而发生变化，和压力都随时间而发生变

5、化，其内的瓦斯流动为非稳定性其内的瓦斯流动为非稳定性流动流动没有固定的瓦斯源，煤层既是没有固定的瓦斯源，煤层既是瓦斯的来源又是瓦斯流过的通道；瓦斯的来源又是瓦斯流过的通道；随着瓦斯的不断流出，煤层内随着瓦斯的不断流出，煤层内瓦斯压力不断降低，流动场不断瓦斯压力不断降低，流动场不断扩大；扩大；各点的瓦斯压力和压力梯度也各点的瓦斯压力和压力梯度也在改变。在改变。一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类2 2成面后成面后4d4d1 1成面后几小时成面后几小时3 3成面后成面后10d10d4 4成面后成面后15d15d5 5面后面后55d55d6 6成面后成面后150d 150d（稳定）（稳定）一、煤

6、层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p按流场的稳定性分类按流场的稳定性分类2 2二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1 瓦斯流动理论瓦斯流动理论2.1.1 线性瓦斯流动理论线性瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2 瓦斯扩散理论瓦斯扩散理论诺森数 KnKn10Kn0.10.1Kn10分类菲克型扩散诺森型扩散过渡性扩散二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.3 瓦斯渗透瓦斯渗透-扩散理论扩散理论二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.4 非线性瓦斯流动理论非线性瓦斯流动理

7、论二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.5 地物场效应的煤层瓦斯流动理论地物场效应的煤层瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.2 瓦斯流动方程瓦斯流动方程2.1.1 基本假设基本假设二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2 数学模型数学模型二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2.1 煤层瓦斯流动的连续性方程煤层瓦斯流动的连续性方程二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2.2 煤层瓦斯状态方程煤层瓦斯状态方程二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及

8、其模型2.1.2.3 煤层瓦斯含量方程煤层瓦斯含量方程二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2.4 煤层瓦斯运动方程煤层瓦斯运动方程二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.2.5 初始条件和边界条件初始条件和边界条件二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.3 瓦斯流动模型的简化瓦斯流动模型的简化2.1.3.1 一维瓦斯流动方程一维瓦斯流动方程二、瓦斯流动理论及其模型二、瓦斯流动理论及其模型2.1.3.2 二维瓦斯流动方程二维瓦斯流动方程瓦斯流动模型的应用瓦斯流动模型的应用3 3三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用3.1 瓦斯一微流动方程

9、的求解瓦斯一微流动方程的求解1012xPPPP erfft 202vuerf uedu2401xftPPdPedxftdPqdx 22011.504qppp t三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用3.1 钻孔周围瓦斯流动的解算（有限差分法）钻孔周围瓦斯流动的解算（有限差分法）l简介基本思想简介基本思想l基本步骤基本步骤三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用l几种导数的差分近似几种导数的差分近似三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用3.3 钻孔径向流方程的有限差分法格式钻孔径向流方程的有限差分法格式三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用3.3 钻孔径向流方程的有限差分法格式钻孔径向流方程的有限差分法格式,1.1,1,1,11,11,1,11111112222i ji jiji ji jijiji ji jijiiiijiiiiiiPPPPPPPPPPKffffhhhhhh1,11,11,1,11+2ijijijijiiiiiiPPPPKfrhhhh三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用l钻孔瓦斯流动方程解算程序的应用钻孔瓦斯流动方程解算程序的应用三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用l计算结果计算结果三、瓦斯流动模型的应用三、瓦斯流动模型的应用l计算结果计算结果