煤层微孔中甲烷的简化双扩散数学模型-煤炭学报.PDF

　第３４卷第３期 煤　　炭　　学　　报 Ｖｏｌ．３４　Ｎｏ．３　 　２００９年 ３月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＡＣＯＡＬＳＯＣＩＥＴＹ Ｍａｒ．　 ２００９　 　　文章编号：０２５３－９９９３（２００９）０３－０３５５－０６ 煤层微孔中甲烷的简化双扩散数学模型 １，２ ２ ２ 易　俊 ，姜永东 ，鲜学福 （１重庆科技学院，重庆　４０００４２；２重庆大学 西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆　４０００４４） 摘　要：在分析煤层微观孔隙结构，以及煤层气以游离气形式存在煤的大孔隙和吸附状态分布在 微孔隙中的基础上，提出了反映煤层气在煤层微孔中吸附－扩散的简化双孔隙扩散数学模型；给 出了煤层气吸附－扩散过程的视扩散系数概念，以及数值模拟方法．以重庆地区南桐煤矿和三汇 煤矿煤样为实验对象，从理论角度计算模拟了不同压力、孔隙度条件下，煤层气解吸－扩散排出 的大孔隙扩散系数和微孔隙扩散系数，以及视扩散系数的变化规律． 关键词：简化双孔隙扩散模型；吸附；视扩散系数；数值模拟 中图分类号：Ｐ６１８１１　　　文献标识码：Ａ Ｐｒｅｄｉｇｅｓｔｅｄｂｉｄｉｓｐｅｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ ｏｆｍｅｔｈａｎｅｉｎｃｏａｌｍｉｃｒｏｐｏｒｅ １，２ ２ ２ ＹＩＪｕｎ ，ＪＩＡＮＧＹｏｎｇｄｏｎｇ，ＸＩＡＮＸｕｅｆｕ （１ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４２，Ｃｈｉｎａ；２ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｔｈｅＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＲｅｓｏｕｒｃｅｓ＆ｔｈｅ ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＤｉｓａｓｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｃｏａｌｂｅｄｓ，ｇａｓｉｎｍａｃｒｏｐｏｒｅｓａｔｆｒｅｅｇａｓａｎｄｉｎｍｉｃｒｏ ｐｏｒｏｕｓｓｏｌｉｄａｔａｄｓｏｒｂｅｄｓｔａｔｅ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｐｒｅｄｉｇｅｓｔｅｄｂｉｄｉｓｐｅｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｍｅｔｈａｎｅａｄｓｏｒｐ ｔｉｏｎ／ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｃｏａｌｍｉｃｒｏｐｏｒｅ，ｏｆｆｅｒｅｄａｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆａｐｐａｒｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｍｅｔｈ ｏｄｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｇａｓｒｅｌｅａｓｅｉｎｃｏａｌｓｅａｍ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｔｈｅＮａｎｔｏｎｇ ａｎｄＳａｎｈｕｉｍｉｎｅｓ，ｔｈｅｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ，ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓａｎｄｔｈｅａｐｐａｒｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｉｎｃｏａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆ ｆｅｒｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｐｏｒｏｓｉｔｙｗｅｒｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｄｉｇｅｓｔｅｄｂｉｄｉｓｐｅｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ａｐｐａｒｅｎｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａ ｔｉｎｇ ［１］ 　　煤是一种由有机物和非有机物构成的复杂混合物 ，其孔隙由割理、裂缝和煤基质的复杂网络孔隙 组成．煤层气一方面依靠相对渗透率，服从达西流动在煤层割理和裂缝中渗流，另一方面，煤层气依靠其 扩散特性，服从菲克 （Ｆｉｃｋ’ｓ）定律