瓦斯的案例
變壓器瓦斯保護(hù)的原理，結(jié)構(gòu)及運行維護(hù)。
瓦斯保護(hù) 是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動作。當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，從油箱向油枕流動，其強烈程度隨故障的嚴(yán)重程度不同而不同，反應(yīng)這種氣流與油流而動作的保護(hù)稱為瓦斯保護(hù)，也叫氣體保護(hù)。變壓器在運行中，由于內(nèi)部故障，有時候我們無法及時辨別和采取措施，容易引起一些事故，采取瓦斯繼電器保護(hù)后，一定程度上避免了類似事件的發(fā)生。
一、瓦斯是什么？
瓦斯是古代植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質(zhì)經(jīng)厭氧菌的作用分解而成。在高溫、高壓的環(huán)境中，在成煤的同時，由于物理和化學(xué)作用，繼續(xù)生成瓦斯。瓦斯是無色、無味的氣體，但有時可以聞到類似蘋果的香味，這是由于芳香族的碳?xì)錃怏w同瓦斯同時涌出的緣故。瓦斯對空氣的相對密度是0.554，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716kg/m3，瓦斯的滲透能力是空氣的1.6倍，難溶于水，不助燃也不能維持呼吸，達(dá)到一定濃度時，能使人因缺氧而窒息，并能發(fā)生燃燒或爆炸。
瓦斯的主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。如遇明火，即可燃燒，發(fā)生“瓦斯”爆炸，直接威脅著礦工的生命安全。
二、瓦斯保護(hù)的定義
在氣體保護(hù)繼電器內(nèi)，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。在正常運行時，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。
展開 煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全新標(biāo)準(zhǔn)將于5月1日起實施
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(dāng)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(yīng)是二氧化碳的21倍，直接排放會嚴(yán)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(dāng)前，瓦斯應(yīng)用通常按照不同濃度進(jìn)行梯度利用。而抽采濃度3%～9%的低濃度瓦斯之前沒有成熟的直接利用技術(shù)。
煤礦瓦斯分高濃度瓦斯和低濃度瓦斯，高濃度瓦斯是指瓦斯濃度大于25%的瓦斯，低濃度瓦斯是指瓦斯濃度低于25%的瓦斯。
據(jù)了解，我國煤礦瓦斯甲烷濃度超過80%的只有1%，濃度在30%—80%的占了5%，濃度在10%-30%的占比10%，濃度低于1%的占比達(dá)80%。
據(jù)報道，中美就甲烷等非二氧化碳溫室氣體管控形成共識，國家已將甲烷排放管控納入“雙碳”工作布局，對甲烷全濃度利用基礎(chǔ)創(chuàng)新提出更高要求。
對煤礦瓦斯進(jìn)行利用，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產(chǎn)條件，又有利于增加潔凈能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色健康發(fā)展。
我國煤礦瓦斯利用起步較早，隨著研究的深入，瓦斯利用技術(shù)攻關(guān)已取得積極進(jìn)展，初步形成內(nèi)燃機發(fā)電、瓦斯提純、蓄熱氧化等涵蓋不同濃度的利用技術(shù)裝備體系。
安全采集和輸送是實現(xiàn)有效利用的前提，2021年10月11日，國家強制性標(biāo)準(zhǔn)《煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 40881-2021）正式發(fā)布，將于2022年5月1日起正式實施。
規(guī)范規(guī)定了甲烷體積濃度大于或等于3%且小于30%的煤礦瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計的基本要求、安全設(shè)施的安裝要求等內(nèi)容。
展開 如何預(yù)防煤與瓦斯突出事故？
《通知書》顯示，2024年1月12日，河南省平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十二礦發(fā)生一起重大煤與瓦斯突出事故，造成16人遇難。根據(jù)《重大事故查處掛牌督辦辦法》，國務(wù)院安委會決定對該起重大事故查處實行掛牌督辦。
此前，平煤股份1月14日晚間發(fā)布公告稱，公司下屬分公司十二礦于1月12日14時51分許，在生產(chǎn)過程中發(fā)生一起煤與瓦斯突出事故。事故發(fā)生后，公司第一時間上報政府有關(guān)部門，并啟動安全事故應(yīng)急救援預(yù)案。
事故發(fā)生后，有知情者曝出事故原因：
這起礦難是進(jìn)風(fēng)巷外段發(fā)生的煤與瓦斯突出事故。一般瓦斯突出發(fā)生前，都會有一些征兆，例如：打鉆時可能出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等現(xiàn)象。有時煤層中還會出現(xiàn)像煤炮聲或者支架斷裂等怪異聲音。在煤礦防突工作中，必須堅持區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補充的原則。所以這次瓦斯突出事故中，該煤礦的各級管理者以及煤礦安全監(jiān)察人員，都有不可推卸的責(zé)任。
什么是煤與瓦斯突出？
煤與瓦斯突出是指在壓力作用下，破碎的煤和瓦斯突然從煤體中大量噴出的現(xiàn)象。通常，突出時有大量瓦斯涌出，有時會使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，波及范圍視其突出強度和礦井通風(fēng)能力可達(dá)一個或幾個采區(qū)乃至全礦井。危害包括，造成井下作業(yè)人員窒息、破壞通風(fēng)系統(tǒng)、遇火發(fā)生瓦斯爆炸等。
煤與瓦斯突出有什么征兆？
有聲預(yù)兆
1.響煤炮。突出在煤體深處發(fā)出大小、間隔不同的響聲。有的像炒豆聲、有的像鞭炮聲、有的像機槍連射聲、有的像悶雷聲。特別是煤炮聲由小到大，由遠(yuǎn)到近，由稀到密是突出較危險的信號。
2.氣體穿過含水裂縫時的吱吱聲。
3.因壓力突然增大而出現(xiàn)的支架嘎嘎聲，劈裂折斷聲，煤巖壁開裂聲。
無聲預(yù)兆
1.煤層結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面表現(xiàn)為：煤層層理紊亂，煤變軟、變暗淡、無光澤、煤層干燥、煤塵增大，煤層受擠壓褶曲、變粉碎、厚度不均，傾角變化。
展開 主變本體瓦斯繼電器取氣方法，看這個就夠了！
導(dǎo) 讀
本期經(jīng)典回顧欄目為“主變本體瓦斯繼電器取氣方法”
主要從瓦斯繼電器的種類及主要構(gòu)造、瓦斯繼電器取氣樣步驟、集氣盒取氣樣步驟以及氣樣運輸保存注意事項這四個方向詳述。
一、瓦斯繼電器的種類及主要構(gòu)造
瓦斯繼電器分為兩種：主變本體瓦斯繼電器和有載調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器。
瓦斯繼電器主要構(gòu)造
二、瓦斯繼電器取氣樣步驟
瓦斯取氣前準(zhǔn)備工作及注意事項：
a、取氣樣器具準(zhǔn)備：
100ml玻璃注射器、帶針頭1ml玻璃注射器各一只、醫(yī)用乳膠軟管、注射器膠帽、醫(yī)用三通閥各一個、適量本體油。
b、取氣前注意事項
①注射器應(yīng)密封良好，清潔干燥，芯子與器身滑動自如無卡澀。取樣前應(yīng)用設(shè)備本體油潤濕注射器，以保證注射器滑潤和密封；
②乳膠軟管與放氣塞口徑應(yīng)一致，并能與醫(yī)用三通閥密封連接；
③取樣工作前應(yīng)認(rèn)真查看工作現(xiàn)場，辦理相關(guān)工作許可手續(xù)，并將主變本體重瓦斯保護(hù)從跳閘改為發(fā)信；取氣工作中應(yīng)注意保持人身與帶電部位的安全距離，高處作業(yè)時還應(yīng)系好安全帶，梯子應(yīng)有專人扶持，盡可能從集氣盒進(jìn)行氣樣采集；
④進(jìn)行有載氣體繼電器排氣前，應(yīng)先合上該主變中性點接地刀閘，并將該主變有載瓦斯保護(hù)暫時退出運行，工作中要與中性點套管、中低壓側(cè)套管保持足夠的安全距離，開啟氣體繼電器外蓋后要做好絕緣隔離措施，防止操作過程中手指意外觸碰到接線端子造成觸電。
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手把手教你主變本體瓦斯繼電器取氣方法，看這個就夠了！
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本期頭條為“主變本體瓦斯繼電器取氣方法”，主要從瓦斯繼電器的種類及主要構(gòu)造、瓦斯繼電器取氣樣步驟、集氣盒取氣樣步驟以及氣樣運輸保存注意事項這四個方向詳述。
■ 瓦斯繼電器的種類及主要構(gòu)造
瓦斯繼電器分為兩種：主變本體瓦斯繼電器和有載調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器。
瓦斯繼電器主要構(gòu)造
■ 瓦斯繼電器取氣樣步驟
瓦斯取氣前準(zhǔn)備工作及注意事項：
a、取氣樣器具準(zhǔn)備：
100ml玻璃注射器、帶針頭1ml玻璃注射器各一只、醫(yī)用乳膠軟管、注射器膠帽、醫(yī)用三通閥各一個、適量本體油。
b、取氣前注意事項
①注射器應(yīng)密封良好，清潔干燥，芯子與器身滑動自如無卡澀。
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■ 瓦斯繼電器的種類及主要構(gòu)造
瓦斯繼電器分為兩種：主變本體瓦斯繼電器和有載調(diào)壓開關(guān)瓦斯繼電器。
瓦斯繼電器主要構(gòu)造
■ 瓦斯繼電器取氣樣步驟
瓦斯取氣前準(zhǔn)備工作及注意事項：
a、取氣樣器具準(zhǔn)備：
100ml玻璃注射器、帶針頭1ml玻璃注射器各一只、醫(yī)用乳膠軟管、注射器膠帽、醫(yī)用三通閥各一個、適量本體油。
b、取氣前注意事項
①注射器應(yīng)密封良好，清潔干燥，芯子與器身滑動自如無卡澀。取樣前應(yīng)用設(shè)備本體油潤濕注射器，以保證注射器滑潤和密封；
②乳膠軟管與放氣塞口徑應(yīng)一致，并能與醫(yī)用三通閥密封連接；
③取樣工作前應(yīng)認(rèn)真查看工作現(xiàn)場，辦理相關(guān)工作許可手續(xù)，并將主變本體重瓦斯保護(hù)從跳閘改為發(fā)信；取氣工作中應(yīng)注意保持人身與帶電部位的安全距離，高處作業(yè)時還應(yīng)系好安全帶，梯子應(yīng)有專人扶持，盡可能從集氣盒進(jìn)行氣樣采集；
④進(jìn)行有載氣體繼電器排氣前，應(yīng)先合上該主變中性點接地刀閘，并將該主變有載瓦斯保護(hù)暫時退出運行，工作中要與中性點套管、中低壓側(cè)套管保持足夠的安全距離，開啟氣體繼電器外蓋后要做好絕緣隔離措施，防止操作過程中手指意外觸碰到接線端子造成觸電。
展開 氮氣驅(qū)替煤層瓦斯仿真 ￥800
氮氣驅(qū)替煤層瓦斯是一種常用的安全措施，用于減少煤礦瓦斯爆炸的風(fēng)險。煤層瓦斯是在地下煤礦中產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w，其主要成分是甲烷。當(dāng)瓦斯濃度超過一定范圍時，與空氣形成可燃?xì)怏w混合物，一旦受到火源的引燃，就有可能引發(fā)爆炸事故。為了減少煤礦瓦斯爆炸的風(fēng)險，常采用氮氣驅(qū)替的方法。該方法通過向煤礦中注入大量的氮氣，將瓦斯排出礦井，并將其稀釋到安全濃度以下。
本案例基于COMSOL軟件仿真了煤層受到力學(xué)作用下的瓦斯驅(qū)替過程，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，可下載模型交流！
Comsol在能源行業(yè)仿真中的應(yīng)用——基于多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合
<p> Comsol以其強大的多物理場耦合能力、強大的網(wǎng)格劃分以及高精度仿真結(jié)果廣泛應(yīng)用于能源行業(yè)，多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合是一個復(fù)雜且關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。</p><p> 在瓦斯抽采過程中，主要涉及到的物理場包括煤體變形場、瓦斯滲流場、溫度場等，這些物理場之間的耦合作用對瓦斯抽采效果有著重要影響。瓦斯抽采過程中涉及多種工況：不同滲透率工況、不同負(fù)壓工況以及不同溫度工況。</p><p><strong>研究多工況下瓦斯抽采具有以下重要意義：</strong></p><ul><li class="ql-align-justify">優(yōu)化瓦斯抽采方案： 通過對多工況下瓦斯抽采多物理場耦合的研究，可以深入了解瓦斯抽采過程中的物理機制和耦合規(guī)律，為優(yōu)化瓦斯抽采方案提供科學(xué)依據(jù)。</li><li class="ql-align-justify">保障瓦斯抽采安全： 瓦斯抽采過程中存在著煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等安全隱患。 通過多物理場耦合分析，可以預(yù)測不同工況下煤體變形和瓦斯滲流的變化趨勢，提前采取有效的防治措施，保障瓦斯抽采的安全進(jìn)行。</li><li class="ql-align-justify">提高煤炭資源回收率： 瓦斯是煤炭伴生的資源，合理高效地抽采瓦斯不僅可以降低瓦斯災(zāi)害的風(fēng)險，還可以將瓦斯作為能源加以利用，提高煤炭資源的回收率。
展開 comsol鉆孔瓦斯抽采半徑數(shù)值模擬 ￥80
為考察鉆孔設(shè)計參數(shù)的差異對瓦斯抽采半徑的影響，采用COMSOL數(shù)值模擬研究瓦斯抽采半徑在不同鉆孔布置方式和設(shè)計參數(shù)下的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，消突區(qū)域隨著抽采鉆孔間距的增大而增大，不同鉆孔間隔下的布置方式對抽采效果有較大影響。另外，消突區(qū)域直徑隨著鉆孔直徑的增大也逐漸增大，相比單個順層鉆孔，鉆孔耦合時，鉆孔直徑的變化對瓦斯抽采效果影響不大，因此在順層多孔耦合的條件下，通過增大鉆孔直徑的方法來擴大消突區(qū)域是不可行的。隨著抽采時間的延長，順層、多孔耦合鉆孔的消突區(qū)域逐漸增大，其消突區(qū)域有一個閾值，一段時間后，再繼續(xù)抽采瓦斯已經(jīng)沒有效果。隨著抽采負(fù)壓的增大，鉆孔抽采影響半徑有小范圍增大，但增大的幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抽采負(fù)壓的增大幅度，直到穩(wěn)定在某個定值上。隨著抽采時間的增加，順層鉆孔單孔的抽采瓦斯流量逐漸降低，且降低的幅度逐漸減弱，最終逐漸靠近于某一個定值。單孔瓦斯流量與抽采時間之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，并對此結(jié)論進(jìn)行現(xiàn)場驗證，研究結(jié)果對煤礦瓦斯抽采鉆孔設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。
展開 comsol考慮流-固耦合理論的煤層瓦斯抽采數(shù)值模擬 ￥100
煤儲層中瓦斯的吸附、解吸過程也會引起煤的膨脹變形和基 質(zhì)收縮。因此，研究水射流擾動煤層后的瓦斯運移產(chǎn)出過程，必須要綜合考慮應(yīng) 力場、變形場和瓦斯滲流場三場互相耦合作用。
基本假設(shè) 瓦斯在煤儲層中的運移產(chǎn)出是一個涉及多學(xué)科的及其復(fù)雜過程，包括滲流力 學(xué)、固體力學(xué)、材料力學(xué)、巖體力學(xué)等，需要引入必要的假設(shè)作為建立流-固耦合 偏微分方程的基礎(chǔ)。本文根據(jù)前人對流-固耦合理論的不斷研究，為建立含瓦斯煤 巖流-固耦合理論模型提出如下假設(shè)條件：
(1)含瓦斯煤巖可視為各向同性線彈性介質(zhì)；
(2)將煤層視為均質(zhì)，即煤層中各部分物理性質(zhì)處處相同，并不隨著位置的變 化而變化；
(3)煤層溫度保持恒定；
(4)煤層中所含瓦斯視為理想氣體，且服從理想氣體狀態(tài)方程；煤層瓦斯解吸 服從 Langmuir 方程；
(5)煤巖的變形屬于小變形，含瓦斯煤巖變形所產(chǎn)生的應(yīng)變與有效應(yīng)力之間的 關(guān)系遵從廣義胡克定律；
(6)煤層中只有單相飽和的瓦斯飽流體，并且只有游離和吸附兩種狀態(tài)；
(7)設(shè)模型與外界隔絕，不發(fā)生任何形式的能量和物質(zhì)交換。
求解結(jié)果
孔隙率數(shù)學(xué)模型
滲透率演化數(shù)學(xué)模型
應(yīng)力場方程
滲流場方程
含瓦斯煤巖流-固耦合理論模型方程組
數(shù)學(xué)模型嵌入
應(yīng)力場嵌入
展開 瓦斯抽采鉆孔間距優(yōu)化三維數(shù)值模擬量化研究
為了識別鉆孔間距對煤層瓦斯抽采的影響及如何實現(xiàn)高效抽采，基于流固耦合模型，建立三維幾何模型，使其更接近現(xiàn)場實際，借助 COMSOL 軟件模擬某煤礦鉆孔不同間距的瓦斯抽采過程，利用瓦斯壓力為 0.74 MPa 等壓面三維立體圖使有效抽采區(qū)域可視化，通過計算有效抽采區(qū)域體積大小，量化分析鉆孔間距對抽采效果的影響。結(jié)果表明：單一鉆孔抽采 120 d 時，有效抽采半徑約為 1.5 m；當(dāng)布置多個鉆孔且鉆孔間距 d 為 5 m，抽采 120 d 時，瓦斯壓力為 0.74 MPa 的等壓面圍繞所有鉆孔近似呈圓柱狀但向內(nèi)部凹陷(即出現(xiàn)空白帶)；鉆孔間距 d 為 2.1、3、4、5、6 m時，有效抽采區(qū)域體積 V 的大小順序隨著時間的增長而改變，抽采 120 d 時，Vd=5 m>Vd=4 m>Vd=3 m> Vd=2.1 m>Vd=6 m。綜合分析瓦斯壓力等壓面三維立體圖和有效抽采區(qū)域體積的大小順序，確定該礦鉆孔的較優(yōu)間距為 4 m。研究提出的以有效抽采半徑、疊加效應(yīng)、三維瓦斯壓力等壓面的形狀及有效抽采區(qū)域體積大小為指標(biāo)的鉆孔間距數(shù)值計算考察方法，可為煤礦井下鉆孔間距優(yōu)化布置提供參考。
具體部分內(nèi)容見下文。掌握了這個案例就基本掌握瓦斯抽采相關(guān)內(nèi)容，需要的私信聯(lián)系。
展開 
煤與瓦斯氣固耦合模型 ￥200
立足于消除煤層滲透及擴散特性對于煤與瓦斯氣固耦合模型的干擾，在分析首采煤層所處應(yīng)力狀態(tài)特點的基礎(chǔ)上，建立更符合煤體的孔隙裂隙二重介質(zhì)特性的修正的P-M滲透率模型，提出考慮解吸–擴散效應(yīng)及Klinkenberg效應(yīng)的煤與瓦斯氣固耦合模型，詳細(xì)闡述多物理場之間的耦合作用關(guān)系。應(yīng)用該模型模擬分析深部首采層順層鉆孔預(yù)抽消突過程中煤層瓦斯壓力及滲透率的演化規(guī)律。
參考文獻(xiàn)：劉清泉,程遠(yuǎn)平,李偉等.深部低透氣性首采層煤與瓦斯氣固耦合模型[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2015,34(S1):2749-2758.
深部低透氣性首采層煤與瓦斯氣固耦合模型_劉清泉.pdf
有需要該模型的，請聯(lián)系我QQ:1045343728。
展開 考慮塑性破壞的高瓦斯煤層水力沖孔氣液固耦合模型
煤層水力沖孔涉及到巖體塑性變形、瓦斯吸附等多物理量的相互作用。為實現(xiàn)水力沖孔強化采氣復(fù)雜的應(yīng)力-損傷-滲流耦合過程，提出了以下假設(shè)：
(1)發(fā)生塑性變形以及產(chǎn)生新的裂隙，而彈性變形僅改變裂隙的孔徑。(2)水力沖孔引起的煤體塑性變形是一個產(chǎn)生新的裂隙和破壞原有煤體基質(zhì)的過程。塑性破壞后的煤體被視為具有較小基質(zhì)和較多裂隙的彈性介質(zhì)，如圖1（a）所示。(3)煤體是具有孔隙的雙重連續(xù)介質(zhì)。自由氣體被認(rèn)為是理想狀態(tài)氣體。(4)吸附氣和游離氣主要存在于孔隙和裂隙中，而水僅存在于裂隙中并在裂隙中運移，氣體和水的輸運過程如圖1（b）所示。(5)氣體的擴散過程服從菲克擴散定律，氣體和水的滲流過程服從達(dá)西定律。(6)拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。
圖1 氣體運移過程
基質(zhì)中瓦斯擴散方程：
瓦斯、水滲流控制方程：
煤體變形控制方程：
破壞判斷準(zhǔn)則（D-P準(zhǔn)則）：
裂隙率控制方程：
幾何模型與邊界條件：
圖2 幾何模型及邊界條件
部分圖片展示
圖3 鉆孔周圍滲透率分布
圖4 鉆孔周圍瓦斯壓力分布
圖5 鉆孔周圍瓦斯飽和度分布
圖6 鉆孔周圍瓦斯壓力分布
展開 COMSOL在煤層瓦斯運移中的應(yīng)用教程(一)
煤層瓦斯運移主要涉及到基質(zhì)中瓦斯解吸、擴散、裂隙中瓦斯滲流，涉及到的物理場為煤層變形方程、多孔介質(zhì)擴散滲流方程、煤層溫度方程、甲烷氧化方程等。這些方程在COMSOL中，均有對應(yīng)的物理場接口，用COMSOL研究煤層中瓦斯運移或者研究實驗室中煤柱、煤粒中甲烷運移都是很方便的。接下來幾個帖子，我會按照建模的順序以此介紹主要設(shè)置，方便大家更好地了解COMSOL的基本使用，以期在科研學(xué)習(xí)上幫助大家。COMSOL是一款多物理場求解軟件，能講多個物理場進(jìn)行耦合計算，其界面十分友好。由于其功能復(fù)雜性，本次系列教程只針對早煤層瓦斯運移中常用的設(shè)置做出一些介紹，本次教程以COMSOL5.6版本為例。
首先，打開COMSOL5.6，需要新建立一個模型。可以選擇模型向?qū)Щ蛘呖漳Ｐ停阅Ｐ拖驅(qū)槔＿x擇模型向?qū)ВM(jìn)入選擇空間維度，根據(jù)自己的模型需要選擇三維、二維、一維等。在二維模型和一維模型中，還可以選擇對稱，可以只對對稱的一半進(jìn)行建模，這樣可以減少計算內(nèi)存和運行時間。進(jìn)入物理場選擇環(huán)節(jié)，根據(jù)需要的物理場方程選擇對應(yīng)的物理場接口。比如，研究瓦斯在煤層中的滲流情況，可以選擇地下水流達(dá)西定律接口，還可選擇裂隙流、brinkman方程等。物理場選擇完成后，進(jìn)入研究選項。一般選擇瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)研究，按照字面意思理解，瞬態(tài)即場變量隨時間變化情況，穩(wěn)態(tài)即場變量不隨時間變化。對于瓦斯流動，一般選擇瞬態(tài)研究。
圖1 COMSOL選項介紹
圖2 COMSOL界面介紹
圖3 菜單欄
以上環(huán)節(jié)選擇完畢后，進(jìn)入到COMSOL的主界面，如圖2。COMSOL截面主要分為4大區(qū)域：菜單欄、功能區(qū)、設(shè)置、圖形處理。首先從菜單欄介紹，菜單欄分為主屏幕、定義、幾何、草圖、材料、物理場、網(wǎng)格、研究、結(jié)果等，可以查看不同子菜單對應(yīng)的功能。如主屏幕，可以查看組件、新建參數(shù)變量、添加材料等。
展開 不同載荷條件下煤與瓦斯氣固耦合模型及其滲透率演化
單軸壓縮瓦斯壓力變化
單軸壓縮瓦斯壓力變化顯示，考慮基質(zhì)收縮時的滲透率瓦斯壓力下降幅度最大，僅考慮裂隙滲流瓦斯壓力下降幅度最小，其與煤層滲透率演化有關(guān)系。
但是僅考慮裂隙單孔滲流的瓦斯抽采量在前期確實最大的，其與是否考慮基質(zhì)中瓦斯擴散有關(guān)系。
非單軸壓縮情況下各滲透率演化
非單軸壓縮情況下，ZHANG的模型滲透率影響在煤層左右邊界附近的滲透率和單軸壓縮有所不同，其主要原因在于煤層變形的影響。而在煤層右邊界的兩個ZHANG的邊界條件相同時，滲透率變化也是相同的。PM模型的在不同條件下，其滲透率變化結(jié)果是相同的。
左右邊界無約束時的煤體體應(yīng)變
左邊界受到水平壓應(yīng)力時的煤體體應(yīng)變
非單軸壓縮的兩種情況中左邊界煤體的變形明顯不同，導(dǎo)致其滲透率演化趨勢不同。而右邊界煤體變形相同，所以其滲透率演化趨勢也是相同的。從以上幾種情況上看，煤體的滲透率受到煤層變形影響較大。PM模型未考慮煤體變形，則其邊界條件改變時，不會影響滲透率的變化。
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