作 者
王及第1,2,3,4,李文睿1,3,魏建平1,3,4,于 充1,3,张凯旋1,3
作者单位
1. 河南理工大学 河南省瓦斯地质与瓦斯管理要点试验室-省部共建国家要点试验室培养基地；2. 我国矿业大学 深部岩土力学与地下工程国家要点试验室；3. 河南理工大学 安全科学与工程学院；4. 煤炭安全出产河南省协同立异中心
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研讨布景
多孔介质中流体的质量传递、浸透率、活动阻力和分散功能均与介质内部的微观结构密切相关。煤作为一种具有从微孔到大孔规模的多孔介质资料,其内部流体的传热传质一直以来都是研讨的热门和难点。因为煤体内部存在有机质和无机质散布的不均匀性,活动通道呈现出复杂多变的结构特征,多选用抱负水动力管制模型和微观活动方程研讨气体传输机理,难以对实在孔隙活动通道内的传输机理进行准确界说。
笔者以粗糙微通道中孔隙形状和内壁粗糙元分形剖析为根底,推导了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体传输方程,将瓦斯气体等效视浸透率模型与试验效果进行比照,从孔隙结构参数的准确求解和分子活动机理两方面印证了笔者所建瓦斯气体传输方程的合理性和准确性。
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摘 要
为提醒煤体孔隙内外表粗糙微结构对瓦斯传输的影响机制,准确研讨粗糙孔隙中的瓦斯气体传输规则,运用自类似特性分形理论推导出了微纳米孔隙内壁面粗糙元有用均匀高度和孔隙有用半径的准确数学表达式。
选用Optical Tensiometer设备对取自煤体孔隙内壁外表进行3D描摹结构量化剖析,将所得要害参数代入相对粗糙度表达式求得对应值为0.352。
结合流体速度滑移效应和分子分散传输机理,推导出了粗糙微纳米孔隙中的瓦斯气体滑流批改传输方程和非连续流分散传输方程,再经过等效转化准则推导出微纳米孔隙内的视浸透率模型。
考虑到煤体纳米级孔隙难以进行准确丈量表征和躲避孔隙连通性对气体传输的影响,选取结构规整的纳米级圆孔阳极氧化铝薄膜作为气体活动通道载体。
根据气体压差穿透试验原理,使用试验室PMI微浸透率设备做了纳米级孔隙薄膜的浸透性试验,将试验效果所测得的浸透率数据与本文理论模型核算值进行了比照剖析。
研讨效果表明:根据分形表征树立的粗糙微纳米孔隙瓦斯气体传输方程合理牢靠,考虑孔隙粗糙度对瓦斯活动的影响是应该且有必要的,以分形理论表征的孔隙相对粗糙度公式比前人所提出的孔隙粗糙度经验性公式更为准确,研讨效果可为在分形拓扑领域中构建自仿射粗糙微通道的气体活动模仿研讨工作中供给学习。
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文中图片
JSM-6390LV扫描电镜
煤中粗糙孔隙微通道描摹结构
煤中孔隙微通道结构简化模型
圆管内微元体传输结构
粗糙描摹的3D扫描成像仪
煤体孔隙壁面粗糙描摹结构
孔隙壁面粗糙体三维散布特征
纳米孔隙薄膜SEM图和对应的二值化图
纳米薄膜微浸透性测验设备
理论模型与试验数据比较效果
作者简介
王及第，男，1980年5月19日生，湖南省永州人，河南省高等学校青年骨干教师，河南省教育厅学术技能带头人，教授，博士生导师。出书专著2部，宣布论文80余篇，SCI录入10余篇，EI录入42篇。获发明专利授权20余项，实用新型专利授权34项，获省部级奖赏8项。
研讨方向
安全科学与工程、煤层气（瓦斯）活动理论、矿山岩石力学
首要效果
致力于煤层瓦斯活动理论和煤层增透技能的研讨，提醒了煤层瓦斯多机制活动特性，完善了煤层瓦斯活动理论，提出了有用的煤层瓦斯增透办法，取得了多项立异性效果，为煤矿安全出产和煤层瓦斯的高效抽采供给了理论支撑；在煤层瓦斯运移规则和测验技能方面，提出了多项新的测验办法和测验技能，获得了多项发明专利，取得了一系列立异性效果；在矿山岩石力学方面，研讨提醒了受载煤岩裂隙动态演化规则，树立了受载含瓦斯煤的损害本构模型，为煤矿安全高效出产供给了有力保证。
来历：
李波波,李建华,杨康,等. 考虑水分影响的煤岩浸透率模型及演化规则[J]. 煤炭学报,2019,44(11):3396-3403.
LI Bobo,LI Jianhua,YANG Kang,et al. Coal permeability model and evolution law considering water influence[J].Journal of China Coal Society,2019,44(11):3396-3403.
信息供给：郭晓炜编辑整理：刘旸
审阅：毕永华
