沿層鉆孔周圍瓦斯(真實(shí)氣體)滲流壓力方程及三維數(shù)值分析

肖遠(yuǎn)見

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶400037)

摘 要：將煤層中的瓦斯視為真實(shí)氣體，以達(dá)西定律為基礎(chǔ)建立滲流方程，并給出此方程的三維分

析方法；根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果，為沿層鉆孔預(yù)抽放瓦斯提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瓦斯?jié)B流；瓦斯壓力；沿層鉆孔；抽放

中圖分類號(hào)：TD712+．6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-4495(2004)03-0041-03

煤體本身是一種多孔介質(zhì)，且埋藏久遠(yuǎn)，經(jīng)過多

次地質(zhì)構(gòu)造作用而產(chǎn)生許多次生裂隙，因而煤層是

一種由宏觀裂隙和微觀孔隙及超微觀孑L隙組成的不

均勻雙重多孑L介質(zhì)。煤層中的瓦斯以游離狀態(tài)和吸

附狀態(tài)存在于裂隙和孔隙中，吸附瓦斯以吸附狀態(tài)

吸附于煤分子表面。在煤層未被揭露時(shí)瓦斯的吸附

與解吸處于動(dòng)態(tài)平衡，煤層被揭露之后，瓦斯開始流

動(dòng)，并伴隨有吸附瓦斯的解吸過程，所以煤層中瓦斯

流動(dòng)是一個(gè)十分復(fù)雜的滲流過程。

煤層中的含水量一般較少，不足以達(dá)到能產(chǎn)生

壓差而使其流動(dòng)，可以認(rèn)為煤層中瓦斯是單一流體

的非重液滲流現(xiàn)象，可用滲流力學(xué)的理論進(jìn)行研究。

1瓦斯?jié)B流的基本理論

目前研究煤層中瓦斯?jié)B流的理論主要以達(dá)西阻

力定律為基礎(chǔ)。達(dá)西定律表明均質(zhì)流體在多孑L介質(zhì)

中的滲流速度與壓力梯度成正比，而與流體的粘性

成反比，即

式中A為多孑L介質(zhì)滲透率；／A為流體粘度；2／為滲流速

度；如／ds為壓力沿滲流線方向的梯度。

1．1關(guān)于瓦斯?jié)B流的基本假設(shè)

煤層中瓦斯?jié)B流受多方因數(shù)的影響，要建立其

滲流模型必須對(duì)一些因數(shù)作簡(jiǎn)化處理。建立真實(shí)氣

體瓦斯?jié)B流方程需作如下假設(shè)：

1)煤層頂?shù)装逋笟庑韵禂?shù)比煤層透氣性系數(shù)小

得多，可看作不透氣層。

2)把煤層中的透氣性系數(shù)和孔隙率視為各向同

性均勻，且不受瓦斯壓力變化的影響。

3)煤層透氣性系數(shù)一般較低，瓦斯壓力變化緩

慢，可以認(rèn)為煤層吸附瓦斯解吸與時(shí)間無關(guān)，吸附瓦

斯含量按朗格繆爾(Langmuer)方程計(jì)算，即

作者簡(jiǎn)介：肖遠(yuǎn)見(1966—)，男，高級(jí)講師，畢業(yè)于重慶大學(xué)

采礦系，主要從事教學(xué)工作。