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COMSOL数值模拟下N2和CO2混合气体在THM耦合条件下的瓦斯增效抽采研究于煤层中

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简介：
本研究利用COMSOL软件，在热-水力-力学（THM）耦合条件下，探讨了N2和CO2混合气体在煤层中的瓦斯增效抽采效果，为优化瓦斯抽取策略提供理论依据。 COMSOL数值模拟用于研究N2和CO2混合气体在THM（热流固三场耦合）条件下增强煤层气抽采的效果。

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  • COMSOL数值模拟下N2和CO2混合气体在THM耦合条件下的瓦斯增效抽采研究于煤层中
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    本研究利用COMSOL软件，在热-水力-力学（THM）耦合条件下，探讨了N2和CO2混合气体在煤层中的瓦斯增效抽采效果，为优化瓦斯抽取策略提供理论依据。 COMSOL数值模拟用于研究N2和CO2混合气体在THM（热流固三场耦合）条件下增强煤层气抽采的效果。
     
  • COMSOL 5.6 模型：煤与瓦斯的气固耦合及渗流、扩散、CO2驱替甲烷和钻孔流固耦合、抽采瓦斯模型
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    本模型利用COMSOL 5.6软件，探讨了煤层中瓦斯流动与固体煤相互作用机制，并分析了CO2驱替甲烷及钻孔施工影响下的气-固耦合渗流扩散现象和瓦斯抽采效果。 COMSOL 5.6包含以下模型案例及教学视频：煤与瓦斯气固耦合、渗流模型、扩散模型、CO2驱替甲烷模型、钻孔流固耦合模型以及钻孔抽采瓦斯模型。此外，还提供各种学习教材和案例库供用户参考。
     
  • 关于流固耦合模型在穿层钻孔瓦斯抽采中的模拟分析研究
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    本研究探讨了流固耦合模型在穿层钻孔瓦斯抽采的应用，通过数值模拟分析其效能，为煤矿瓦斯治理提供科学依据和技术支持。 为了研究钻孔瓦斯抽采过程中的渗流规律，并为合理布置钻孔提供依据，本段落提出了一个考虑气-水两相流动的瓦斯抽采流固耦合模型。基于多孔介质的有效应力原理，结合瓦斯吸附和解吸产生的应力影响，推导出了煤体的应力应变本构关系；同时分析了水分与瓦斯运移过程中的气-水两相流动特性，并通过相对渗透率建立了相应的数学桥梁，给出了水渗流方程以及考虑Klinkenberg效应下的瓦斯渗流方程。此外，在耦合项中构建了煤层孔隙度和渗透性的动态演化模型，并结合成庄矿4321工作面进行了数值模拟。 研究结果表明：对于该矿区的底抽巷穿层钻孔，将预抽期设定为90天是合理的；在瓦斯抽采过程中，渗流速度呈现出阶段性变化的特点。此外，在一定范围内增大负压对提高瓦斯抽采效果的影响并不明显。基于此模型和数值模拟结果推荐的最优布置方案是在终孔间距为9米、钻场间距同样设定为9米时进行穿层钻孔。 工程实践验证表明，实际测量得到的煤层瓦斯压力变化情况与通过上述理论计算及数值分析所预测的结果基本一致。抽采后该区域煤层中的瓦斯含量降低至6.46~7.67立方米/吨之间，并且在4321巷道中测得的瓦斯浓度下降了约37%，表明这种新型钻孔布置方式具有显著的实际应用效果和良好的抽采效率。
     
  • 一注两抽：COMSOL模拟注气驱替煤层瓦斯
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    本研究利用COMSOL软件进行数值模拟，探讨了注气法在煤层中驱替瓦斯的过程与机理，分析不同条件下气体注入对瓦斯驱替效率的影响。 一注两抽法在COMSOL软件中模拟注气驱替煤层瓦斯的过程。
     
  • COMSOL在含水煤层中进行瓦斯抽采的水气两相流模型研究，探讨水分对瓦斯抽采的影响
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    本研究利用COMSOL软件，在含水煤层环境中建立瓦斯抽采过程中水气两相流体动力学模型，深入分析并量化了不同条件下水分对瓦斯抽取效率与分布模式的具体影响。通过数值模拟方法揭示了渗流机制中的关键参数及其相互作用关系，为优化瓦斯开采工艺提供了科学依据和技术支持。 COMSOL可以建立一个模型来分析含水煤层中的瓦斯抽采过程，在该模型中考虑了水分对瓦斯抽采的影响。
     
  • 基于COMSOL的顺层钻孔瓦斯抽采研究——含瓦斯吸附解吸效应的双孔隙介质数值模拟模型
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    本研究采用COMSOL软件建立含瓦斯吸附解吸效应的双孔隙介质模型，对煤矿中顺层钻孔瓦斯抽采过程进行数值模拟分析。 基于Comsol的顺层钻孔瓦斯抽采数值模拟研究，考虑了瓦斯吸附解吸过程，并采用双孔隙介质模型进行分析。
     
  • 非烃气体注入提升煤层气采收率的数值模拟研究
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    本研究通过数值模拟方法探讨非烃气体注入对煤层气采收率的影响机制，旨在为提高煤层气开发效率提供理论依据和技术支持。 采用四参数生长方法（QSGS）重构煤岩的三维结构，并基于Fick定律、多分子Langmuir吸附方程及LBM数值模拟方法，分别研究了CO2、N2以及烟道气开采煤层气过程中的吸附/解吸和扩散行为。通过比较不同气体的作用机制与效果差异，得出注入烟道气的效果更佳，并且混合气体中氮气的比例越大，煤层气的开采时间越短。
     
  • 基于ANSYS的煤层预裂爆破中耦合装药系数的增透效果数值模拟
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    本研究利用ANSYS软件进行数值模拟，探讨了煤层预裂爆破过程中不同耦合装药系数对煤体渗透性的影响，为提高煤炭开采的安全性和效率提供理论依据。 为了研究不同耦合装药系数条件下深孔预裂爆破对煤层增透效果的影响，我们利用ANSYS/LSDYNA建立了四组具有不同耦合装药系数的模型，并进行了模拟分析。通过这些模拟实验，获得了裂隙发育图、应力云图及沿x方向的应力时程曲线。 根据分析结果得出以下结论：当耦合系数K为1.5时，裂隙扩展长度比K为1.0时更长；不采用完全耦合装药结构可以使有效应力分布更加均匀。随着耦合装药系数的增加，有效应力作用范围减小，并且始终小于在完全耦合情况下的值。 适当提高耦合装药系数可以提升能量利用率并改善煤层增透效果。然而，若进一步增大该系数，则裂隙可能不会向控制孔延伸。
     
  • 基于COMSOL的煤自燃与热场耦合效应下损伤机制的研究
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    本研究利用COMSOL软件模拟分析了煤在自燃过程中的温度变化及其对材料结构的影响，探讨了热场作用下的损伤机理。 煤自燃是一种复杂的物理化学过程，在煤炭储存、运输以及煤矿开采过程中经常发生，给行业带来重大安全问题。它涉及到了煤的氧化与热解，并在没有外部热源的情况下由于内部及外部条件共同作用而积聚热量，当达到一定程度时引发燃烧。 COMSOL Multiphysics 是一款功能强大的有限元分析软件，能够模拟多种物理过程中的相互作用，如结构力学、流体动力学和电磁场等。它为研究煤自燃的损伤机制提供了一个有效的平台，可以构建煤自燃模型来模拟热场分布的变化，并分析诸如热应力与热扩散等因素对煤炭的影响。这有助于更深入地理解煤自燃背后的物理化学机理，从而预测并预防此类事故的发生。 在使用COMSOL进行研究时，需要考虑诸多因素如煤的物理性质、化学组成和氧气扩散速度等，这些都会影响到自热反应速率及是否达到燃烧条件。此外还需关注内部热量积聚与热扩散之间的动态平衡以及外部环境（例如温度和压力）对热场的影响。 深入分析可以揭示出在煤炭加热过程中发生的各种变化如水分蒸发、挥发分释放和煤结构的变化，这些都会影响到其热稳定性并进而影响自燃进程。同时研究者还需考察裂纹扩展及由此导致的内部应力变化，并评估它们对整体热场分布的影响。 通过综合上述分析，研究人员可以评估煤炭自燃的风险，并提出有效的预防措施与控制策略，如调整堆放方式、改善通风条件或使用阻燃剂抑制氧化过程等方法来降低风险。COMSOL模拟煤自燃损伤和热场耦合机制涉及多学科知识的相互作用（包括化学反应动力学、热力学及传热学），通过深入研究可以揭示出更深层次的损伤机理，为保障煤炭行业的安全生产提供科学指导。
     
  • COMSOL中热流固耦合的瓦斯抽采模拟及动态渗透率与孔隙率变化分析
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    本研究利用COMSOL软件进行热流固耦合条件下瓦斯抽采过程的数值模拟，探讨了动态渗透率和孔隙率的变化规律及其对瓦斯抽采效率的影响。 COMSOL热流固耦合瓦斯抽采模型研究了动态渗透率及孔隙率的变化情况。