柱状煤芯瓦斯扩散模型与扩散特征实验研究

李志强^1,2,3,4，成墙^2,3，刘彦伟^2,4，段正鹏^2,3，宋党育²

1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室2. 河南理工大学中原经济区煤层(页岩气)河南省协同创新中心3. 河南理工大学煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心4. 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地

摘 要：采用Φ50mm×100mm的标准柱状原煤样开展了不同温压下的瓦斯扩散实验,同时开展了同种煤的颗粒煤瓦斯扩散对照实验.为描述大尺度柱状煤样的瓦斯扩散过程,建立了柱状煤芯瓦斯扩散方程,导出了其扩散率解析解.实验表明:相比颗粒煤样,柱状原煤瓦斯扩散缓慢,表现为同时间下瓦斯累计扩散量和扩散率远小于颗粒煤.柱状煤芯的扩散系数远大于颗粒煤的扩散系数,是后者的11.72倍,而柱状煤的有效扩散系数远小于颗粒煤的有效扩散系数,仅为后者的1.82%.原因是柱状原煤包含了更大的孔裂隙结构,使其扩散系数较大,但因扩散路径的加长和迂曲度的增大,使其有效扩散系数较小,最终导致其具有较小的瓦斯释放能力.

关键词：柱状煤芯;瓦斯;煤层气;扩散;模型;