[发明专利]一种煤粒微孔扩散系数及无因次数值反演方法

说明书

本申请属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供了一种煤粒微孔扩散系数及无因次数值反演方法，包括：步骤S101、得到煤粒的有因次累计瓦斯解吸量：基于预设的煤粒的累计解吸量模型，对煤粒进行瓦斯解吸扩散实验，得到煤粒的有因次累计瓦斯解吸量；步骤S102、建立煤粒瓦斯径向流动无因次数学模型：根据煤粒瓦斯径向流动的连续性方程和预设的无因次参数，建立煤粒瓦斯径向流动无因次数学模型；步骤S103、数值解算无因次累计瓦斯解吸量；步骤S104、反演计算煤粒微孔道扩散系数。籍此，避免了运用菲克扩散模型推算解吸造成的测定误差，有效提高煤粒微孔道扩散系数的准确率。

技术领域

本申请属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种煤粒微孔扩散系数及无因次数值反演方法。

背景技术

长期以来，煤炭作为我国能源的基石，在一次性能源消费结构中占主导地位。我国既是世界公认的煤炭生产和消费大国，又是受煤矿瓦斯灾害影响最为严重的国家之一。不管是从瓦斯灾害防治，保证煤矿安全生产的角度，还是从将瓦斯作为一种煤层气资源进行开发利用的角度来说，都需要了解瓦斯在煤层中的运移机理，并确定出渗透率、扩散系数等关键流动参数。这些关键流动参数对煤层气含气量测定、储量计算、瓦斯突出预测及检验指标的测定等方面具有重要的现实意义。

煤层是典型的由裂隙和基质组成的双重孔隙介质，煤层气的储存、流动和运输过程非常复杂。目前比较公认的理论是瓦斯在裂隙系统或较大孔隙中瓦斯吸附解吸流动是由压力梯度驱动的，符合达西定律，其中的关键参数渗透率的实验室或现场测定方法已较为成熟。但是瓦斯在煤基质系统的流动规律还没有达到同一的共识。许多学者沿袭了经典的菲克扩散定律，选取较小尺度的煤粒来研究煤基质的瓦斯解吸扩散过程，并主张其是由浓度梯度驱动的。但是根据常扩散系数预测的瓦斯累计解吸量的解吸解与实验结果偏差较大，换句话说常扩散系数始终不能使计算结果与实验数据保持匹配。后续有研究人员提出了基于菲克定律的动扩散系数数学模型使得模拟和实验结果保持一直，但是它却违背了菲克定律最初设定的常扩散系数的假设条件，这可能会导致所建模型的物理意义与理论基础存在争议。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种粒微孔扩散系数及无因次数值反演方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种煤粒微孔扩散系数及无因次数值反演方法，包括：步骤S101、得到煤粒的有因次累计瓦斯解吸量：基于预设的煤粒的累计解吸量模型，对煤粒进行瓦斯解吸扩散实验，得到煤粒的有因次累计瓦斯解吸量；步骤S102、建立煤粒瓦斯径向流动无因次数学模型：根据煤粒瓦斯径向流动的连续性方程和预设的无因次参数，建立煤粒瓦斯径向流动无因次数学模型；其中，预设的无因次参数包括：无因次压力、无因次半径、无因次时间、无因次孔隙率、无因次压升系数和无因次累计解吸量；瓦斯径向流动无因次数学模型为：

无因次压力P_D，无因次半径L，无因次时间T_D，无因次孔隙率F，无因次压升系数C，无因次累计解吸量Q_D分别为：