《煤層鑽孔瓦斯抽采的流-固-熱（HMT）多場耦合模型與套用基礎》是依託中國礦業大學，由夏同強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：煤層鑽孔瓦斯抽采的流-固-熱(HMT)多場耦合模型與套用基礎
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：夏同強
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
煤層鑽孔瓦斯抽采是井下瓦斯治理和資源化利用的重要措施。深部煤炭開採的高溫和高應力環境中，瓦斯抽采是一個複雜的流固熱多場耦合過程，熱力耦合作用對煤變形和瓦斯解吸-運移有著重要影響，同時鑽孔客觀存在漏氣也直接影響著瓦斯抽采效果。熱力耦合下瓦斯抽采濃度逐漸衰變的產氣規律一直缺乏科學定量的理論描述，抽采效果預測與工程實際存在很大偏差。本項目在前期研究基礎上，擬開展熱力耦合下含瓦斯煤損傷-滲流力學實驗，建立熱力耦合下含瓦斯煤損傷本構和滲透性演化模型，定量刻畫鑽孔周邊煤體漏氣裂隙場及其滲透性演化規律；進一步發展並建立煤層鑽孔瓦斯抽采的流固熱耦合模型，研究揭示熱力耦合效應、鑽孔漏氣特性、鑽孔群疊加-干擾效應，以及不同抽采工程參數（間距、長度、直徑、封孔深度和負壓）等對瓦斯抽采效果的影響機制，定量確定關鍵敏感參數及其最佳值。研究成果可為煤層鑽孔瓦斯抽采效果科學預測與抽采方案定量化設計提供理論和技術支撐。
結題摘要
項目圍繞深部煤層鑽孔抽采的熱-固-流耦合問題開展了相應的實驗和理論研究，主要成果如下：（1）研發了一種非常規天然氣岩-氣-熱多過程耦合試驗系統，提出了一種模擬熱力耦合下煤體流固熱化多場耦合的實驗方法；開展了溫度作用下煤粉吸附CO2和CH4的實驗研究，採用SLD-PR模型研究分析了不同溫度下煤粉對CH4和CO2的吸附特性；為探討煤體的聯通特性，建立了多孔介質煤樣吸水力學模型，利用自發滲吸實驗平台和孔隙特徵綜合探測技術，分析了孔隙特徵參數對煤岩吸水量、吸水速率以及吸水時間的影響，評價了六種煤樣的孔隙連通性。（2）提出了煤岩體跨尺度裂隙場瓦斯滲流安全度的概念，發展了煤層瓦斯抽采流-固-熱-化多場耦合模型，能夠定量計算瓦斯抽采的流量、濃度和溫度等參數，揭示瓦斯抽采特徵參數的時效性演化規律，為瓦斯抽采工程參數定量化設計提供了理論基礎。（3）開發了煤礦瓦斯抽采工程參數設計的網路化服務平台，實現了設計對象與服務中心之間的線上和線下互動，完成了線上提交數據、線上審核材料、線上設計方案、線上評審等環節，極大的提高瓦斯抽采設計的效率和規範性。（4）基於瓦斯抽采的安全原則與效率原則，提出了瓦斯智慧型抽采的原理；以最大瓦斯抽采純流量為目標函式，建立了瓦斯抽采管網參數的最佳化模型，分別從瓦斯濃度、流量以及效能比等單參數約束條件定量判定瓦斯抽采安全與效率；針對鑽孔抽採區域溫度高於臨界溫度、鑽孔抽采純量效率低於抽采純量下限，以及鑽孔抽采濃度低於瓦斯安全濃度下限等工況條件開展了理論分析和數值計算，提出了瓦斯抽采系統最佳化策略及智慧型提效調控技術方法，為管網抽采參數定量化設計與安全運行提供了理論基礎和技術支撐。圍繞項目研究課題，資助期間第一完成人申請發明7件（授權2件），著作軟體著作權1件，發表SCI論文8篇、EI論文2篇，參加國內、國際會議5次，受邀組織一期Geofluids（SCI JCR1區）專刊。
