瓦斯開采
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-01-10
瓦斯開采的視頻教程
COMSOL中實現(xiàn)煤層瓦斯運移系列課程
本課程主要分為兩大塊，第一塊基于實驗室煤粒瓦斯解吸擴散，此擴散模型又細化為雙孔擴散、單孔擴散、單孔時變擴散，并以此擴散模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建煤層瓦斯運移模型。第二塊為基于煤層中煤與瓦斯流固耦合模型，講解煤層瓦斯抽采過程中煤巖體的滲透率的演化，此模型也適應煤層氣、頁巖氣開采。本文改進已有的單孔介質(zhì)模型的滲透率，適應于煤體雙重孔隙-裂隙介質(zhì)模型。
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基于comsol的煤礦系列仿真
-瓦斯抽采、流固熱化耦合、采空區(qū)耦合性分析、動水注漿等模型
煤、石油為國民經(jīng)濟的重要能源，開采過程涉及多場耦合問題，但地下水流作用機理較為復雜，可利用仿真工作為開采能源提供指導。本課程主要內(nèi)容為： 1.采空區(qū)耦合性分析。貼合一篇文獻，研究有熱源之下采空區(qū)內(nèi)煤自燃及瓦斯遷移情況，三維孔隙率滲透率公式。參考文獻：采空區(qū)煤自燃環(huán)境瓦斯運移積聚規(guī)律研究_李林。 2.采空區(qū)流-熱-化耦合性分析。采場傾斜煤層下，采空區(qū)內(nèi)氧氣、一氧化碳、溫度、流場等參數(shù)變化。
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Comsol在能源行業(yè)仿真中的應用 ——基于多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合
本課程主要內(nèi)容為： 1.利用流熱固多物理場耦合仿真瓦斯抽采問題； 2.利用參數(shù)化掃描功能研究不同滲透率、負壓、溫度、時間等多工況下的變化。
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瓦斯開采的實例教程
煤層卸壓開采瓦斯越流以及塑性變形 ￥100
本模型根據(jù)煤巖層之間的位置關(guān)系，建立瓦斯流動場、煤巖彈塑性變形場，供大家參考。
等效塑性應變
塑性范圍
煤層滲透率變化
煤巖層瓦斯壓力
本案例提出一種增強瓦斯開采的方法，即煤層注入CO2，增強甲烷開采的方法(CO2-ECBM)。在雙碳減排大背景下，煤層中注入CO2，一方面可以將其封存煤層中，減少其排放到大氣中；另一方面，利用CO2和甲烷之間的競爭吸附作用，CO2的吸附性大于甲烷的吸附性，這樣可以驅(qū)替甲烷，進而增強瓦斯開采。此方法的技術(shù)難點具有以下幾方面：一、煤層中注入CO2，涉及到雙組分，氣體運移更復雜；二、煤層的滲透率、孔隙率方程增添由CO2吸附擴散引起的變化項；三、涉及到的物理場增多，方程更復雜，數(shù)值求解中模型收斂性很難。
本文構(gòu)建的物理場方程來自已公開發(fā)表的文獻，對于具體的數(shù)值求解方法，限于篇幅，會做出一部分解釋，主要從CO2-ECBM的機理角度出發(fā)。首先構(gòu)建模型的物理場方程，如圖1。該物理場方程主要分為氣體擴散對流方程、溫度場方程、煤體變形控制方程，其中還有一些輔助方程，如滲透率方程、孔隙率方程等。煤體的有效應力方程考慮了基質(zhì)、裂隙中的孔壓，基質(zhì)變形引起的應力、煤層溫度變化引起的熱應力。同時在煤體變形控制方程中，考慮有效應力變化的煤體變形方程。煤體的對流擴散方程分為擴散項、對流項。此過程，將裂隙和基質(zhì)假設(shè)為一個整體，在這個整體上獲得統(tǒng)一的CO2與甲烷的對流擴散方程，其中該系統(tǒng)的源項為0。溫度場需要考慮煤層本身的傳熱以及內(nèi)部對流換熱與基質(zhì)、煤體變形引起的溫度變化。將三個物理場方程耦合解算，是該數(shù)值模擬的一個難點。本案列選擇多物理場求解工具COMSOL,其在多場求解方面廣泛應用。
圖1 CO2-ECBM物理場方程
COMSOL中求解步驟主要為參數(shù)、變量設(shè)置，幾何模型設(shè)置，物理場設(shè)置，網(wǎng)格劃分，求解器設(shè)置，后處理。參數(shù)變量設(shè)置中，需要把CO2-ECBM耦合方程中，相關(guān)的參數(shù)、變量設(shè)置到全局參數(shù)中。同時把一些物理場方程用到的變量設(shè)置到局部變量中。
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瓦斯開采的相關(guān)專題、標簽、搜索
瓦斯開采的最新內(nèi)容
</p><h3>直播內(nèi)容：</h3><p>能源是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支撐，能源開采過程涉及多場耦合，其機理較為復雜，一直是相關(guān)機構(gòu)的研究課題。</p><p>Comsol軟件作為一款多物理場耦合仿真軟件，在仿真工作中，其內(nèi)置的達西定律、自由和多孔介質(zhì)流、多孔介質(zhì)傳熱、固體力學等物理場可以表述其過程，從而達到仿真的目的。
比如在煤礦開采活動中，礦井中會涌出多種有毒有害氣體，其中使人窒息的氣體是甲烷與二氧化碳；此外，甲烷氣體具有爆炸性，爆炸后礦井存在瓦斯(二氧化碳)噴出危險，是礦工生命安全的主要威脅。甲烷、二氧化碳亦是主要的溫室效應氣體,實時檢測甲烷、二氧化碳氣體濃度對煤礦瓦斯突出防治工作、監(jiān)測溫室氣體排放等具有重要意義。
煤礦
是人類在富含煤炭的礦區(qū)開采煤炭資源的區(qū)域，煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系到人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，因為煤礦生產(chǎn)是地下作業(yè)，受自然條件影響約束很大，所以會遭受很多未知的風險，如瓦斯、頂板事故、坑內(nèi)火災、水災等等，這些都是煤炭生產(chǎn)特有的不安全隱患，工人們稍有不慎,就可能造成巨大的不幸。
硫化氫主要分布在煉化生產(chǎn)裝置的干氣、瓦斯氣、酸性氣、含硫污水、粗汽油、柴油、液化氣、渣油、凝縮油等介質(zhì)中，容易發(fā)生泄漏的部位有脫水口、采樣口、排凝口、放空口、計量儀表接口等。
石油天然氣作為易燃易爆產(chǎn)品，因此對于石油天然氣行業(yè)來說，易燃易爆和有毒有害氣體危險的可能性隨時存在。
在煤炭開采過程中，煤層氣，即人們常說的“煤礦瓦斯”是最讓人頭疼的問題。
瓦斯是從煤和圍巖中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等組成的混合氣體。當空氣中的瓦斯含量為5%—15%時，遇火就會引起爆炸，屬于生產(chǎn)中的有害因素。它的溫室效應是二氧化碳的21倍，直接排放會嚴重破壞人類的生存環(huán)境。
礦瓦斯利用的難點在于，所含甲烷的濃度受各種因素影響，變化較大。當前，瓦斯應用通常按照不同濃度進行梯度利用。
溫度的升高會促使瓦斯由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，微波熱改造會導致煤層溫度及含水率的改變，從而觸發(fā)復雜的氣-固耦合作用。近年來，眾多學者為定量表征煤層氣開采中復雜的氣-固耦合過程已建立了一系列數(shù)值模型，然而涉及微波電磁-熱耦合效應的煤儲層滲透率模型罕有報道。
本案例提出一種增強瓦斯開采的方法，即煤層注入CO2，增強甲烷開采的方法(CO2-ECBM)。在雙碳減排大背景下，煤層中注入CO2，一方面可以將其封存煤層中，減少其排放到大氣中；另一方面，利用CO2和甲烷之間的競爭吸附作用，CO2的吸附性大于甲烷的吸附性，這樣可以驅(qū)替甲烷，進而增強瓦斯開采。
圖5為鉆孔周圍瓦斯壓力分布狀況，在損傷區(qū)瓦斯壓力明顯降低，與此區(qū)域滲透率增透有關(guān)。該案例做出部分展示，模型還有待完善，歡迎大家討論交流。
圖1 損傷控制方程
圖2 幾何模型及邊界條件
圖3 應力狀態(tài)分布
圖4 鉆孔周圍損傷量與滲透率比值情況
圖5 鉆孔周圍瓦斯壓力分布狀況
圖7 不同加載步時損傷分布
煤礦開采領(lǐng)域電能的重點是發(fā)電廠、化工廠、鋼鐵產(chǎn)品、運輸、加熱爐等領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟發(fā)展的快速發(fā)展趨勢，雖然電能利用份額有所下降，但總產(chǎn)出需要逐步增長。可以說煤炭企業(yè)已經(jīng)滲透到了中國國家隊的各個領(lǐng)域。為確保生產(chǎn)、加工、運輸和使用階段的安全，有必要對重要環(huán)節(jié)的瓦斯爆炸、有毒有害氣體泄漏、防爆型等危險氣體進行檢測、監(jiān)控。
EME與作用于煤和巖體的載荷及其變形和斷裂過程密切相關(guān)，煤層中的瓦斯能增強EME，其流動和沖擊能產(chǎn)生EME，EME的振幅和脈沖數(shù)能全面反映工作面前的煤突危險性，作者建議EME技術(shù)可以用于煤與瓦斯突出、巖爆等煤巖災害性動力現(xiàn)象的預測。
