不同温度煤裂隙流动优势性的热流固耦合数值模拟

摘要

煤层温度因采深加大而不断升高,煤体孔裂隙中的流体在不同温度条件下的优势流动方向和流动优势参数均不同.研究不同温度条件下煤体孔裂隙中的瓦斯流动优势性,对防治煤与瓦斯突出灾害的发生具有重要意义.采用COMSOL Multiphysics有限元软件建立了含瓦斯煤体的热流固耦合数值模型,并基于Monte-Carlo法模拟煤体裂隙,在4种试验温度条件下研究了瓦斯在全贯通裂隙、部分连通裂隙和孔隙中的流动特征.结果表明:在模型边界载荷恒定、边界渗流瓦斯压力差恒定以及煤体温度处处相同的情况下,煤体温度越高,煤体孔裂隙中的瓦斯压力、瓦斯压力场范围以及瓦斯压力梯度越大.煤体温差变化越大,煤体孔裂隙中的瓦斯渗流速度、瓦斯渗流速度场范围以及煤体孔裂隙的渗透性变化越大,具体表现为:全贯通裂隙较其他孔裂隙的瓦斯压力、瓦斯压力场范围和瓦斯压力梯度更大;全贯通裂隙较其他孔裂隙中的瓦斯渗流速度、瓦斯渗流速度场范围和煤体孔裂隙的渗透率更大.因此,在4种试验温度下,温度越高且温差越大时,煤体全贯通裂隙中的瓦斯流动优势性越大,瓦斯更易沿全贯通裂隙进行渗流.