采用理论分析、实验研究与数值模拟计算相结合的方法,结合煤体瓦斯吸附解吸实验系统对同一煤质不同粒径煤样进行了恒温条件下煤对瓦斯的动态吸附解吸实验。同时,从理论上建立了瓦斯一维非稳态流动的数学模型,利用有限差分方法对球坐标下的瓦斯流动数学模型进行分析,通过对比分析模拟结果和实验结果,得出瓦斯在煤粒中的流动符合达西定律。

为了进一步验证将煤粒视为规则球形研究得到煤粒瓦斯放散符合达西定律的合理性,选取煤粒的另一种极限形状——圆柱形煤粒进行研究。基于达西定律和菲克定律,分别建立圆柱形煤粒瓦斯放散的有限差分数学模型,编制Visual Basic程序进行数值解算,并进行达西和菲克数值模拟。通过对比圆柱形煤粒的模拟结果和实验结果,得出达西模拟结果与实验结果的吻合程度远高于菲克模拟结果。同时,通过对比圆柱形煤粒和球形煤粒的研究结果,发现瓦斯累积解吸量随时间的变化和煤粒形状无直接关系,从而证实煤粒瓦斯放散服从达西定律。

为研究瓦斯在煤粒中流动的基本规律,设计了封闭空间内的煤粒瓦斯解吸实验,分别以菲克和达西定律为基础,建立了该条件下煤粒瓦斯放散的数学模型,通过有限差分的方法进行离散并编制程序进行解算,最终实验和数值模拟都得到了4种粒径的煤样在不同初始压力下累积解吸量随时间的变化关系。根据实验和模拟结果分别绘制ln[1-(Qt/Q∞)2]-t关系图进行对比,结果表明:在菲克模拟中,无论扩散参数B如何变化,其结果始终为一条直线;而达西模拟和实验结果有明显的曲线特征并且两者拟合度较高,说明在封闭空间内煤粒中的瓦斯流动更