不同粒度型煤煤样瓦斯吸附-解吸变形特征实验研究

为了掌握煤岩材料在不同吸附-解吸瓦斯条件下的变形规律,基于实验系统开展了相关研究,研究结果表明:煤岩材料在吸附瓦斯后可产生膨胀变形,发生瓦斯解吸时会产生收缩变形,这一变形量与煤岩材料的孔裂隙结构和瓦斯压力有直接关系,实验采用的0.85 mm粒度的煤样在同等瓦斯压力条件下其吸附变形量最大,变形量受瓦斯压力变化比较明显,由吸附产生的最大变形为1 118με,实验采用的0.42 mm粒度煤样在相同瓦斯压力条件下变形量最小;煤岩瓦斯吸附产生膨胀变形,且煤岩瓦斯解吸后并不能完全恢复至初始状态,存在一定的残余变形量,数据分析得出残余变形量与瓦斯压力呈指数函数关系,并受煤岩孔隙结构和吸附特性影响。可为矿井瓦斯防治、瓦斯抽放及含瓦斯煤岩的力学性质的研究提供支撑。

煤岩体吸附、解吸瓦斯过程中动态变形特性的研究进展

为了深入了解煤体吸附、解吸瓦斯过程中发生变形的这一特殊力学行为的研究成果,采用查阅文献资料和综合分析的方法,对煤体的吸附、解吸变形机理,煤体吸附、解吸变形测试方法,吸附、解吸变形影响因素以及对瓦斯运移的影响等相关问题的最新进展进行了全面总结,在综合分析的基础上,紧密结合工程实际提出了在突出演化机制、突出危险性辅助预测方法和瓦斯抽放等领域的进一步研究方向,为今后有效控制瓦斯灾害和开发相应的防治技术提供了可靠的参考资料.

煤吸附/解吸瓦斯变形特征及孔隙性影响实验研究

煤吸附/解吸瓦斯的力学响应特征是煤与瓦斯突出机制研究中的重要问题。利用煤体吸附/解吸变形试验系统,对取自开滦矿区赵各庄矿9号煤层的原煤样品进行不同吸附压力下的吸附/解吸变形观测,配合高压压汞实验和液氮吸附实验研究煤样吸附解吸变形存在差异的原因。实验结果显示:煤吸附/解吸瓦斯产生的膨胀/收缩变形呈各向异性,卸压初期煤样收缩变形较快,之后变形速率减缓,变形需要很长时间才能稳定;吸附压力越大,瓦斯解吸时煤样的收缩变形越显著;煤的微孔含量和孔隙连续性是影响其吸附解吸变形量、解吸变形速率和残余变形量的主要因素。

煤体瓦斯吸附解吸与压裂渗流全过程真三轴试验系统研发与应用

我国大部分矿区煤层渗透率较低,压裂是目前煤层增透的有效方法之一,可强化煤层瓦斯解吸渗流效应。为进一步研究煤体瓦斯吸附解吸与压裂前后渗流特性,自主研发煤体瓦斯吸附解吸与压裂渗流全过程真三轴试验系统,开展真三轴应力条件下煤体瓦斯吸附、解吸、渗流及水力压裂试验。该试验系统主要由高压腔体、应力加载及控制系统、注气-吸附-解吸系统、压裂系统、测试系统和数据采集及控制系统等组成,试件尺寸300 mm×300 mm×300 mm,最大加载应力30 MPa,最大注气压力20 MPa,水力压裂系统承压能力≤80 MPa,密封高压腔主体材质为42CrMo锻钢,具有良好安全性及密封性能。结果表明:瓦斯在三轴应力煤体(σ_(1)=10 MPa,σ_(2)=8 MPa和σ_(3)=6 MPa)中最大吸附量约6.50 cm^(3)/g,最大主应力(σ_(1))方向煤体最大应变量4.48×10^(-3),中间主应力(σ_(2))方向最大应变量4.90×10^(-3),吸附特征及形变特征均符合Langmuir型变化规律;解吸过程中,煤体瓦斯累计解吸量随解吸时间变化呈指数型增长,解吸速率随时间呈指数型衰减趋势,且煤体最大主应力方向残余形变量小于中间应力方向;水力压裂作用下煤体沿着最大主应力方向破裂,最大起裂压力为15.31 MPa,煤体压裂前渗透率为(0.005~0.023)×10^(-15)m^(2),压裂后为(0.028~0.163)×10^(-15)m^(2),增加4.34~6.06倍,煤体渗透率与有效应力呈负指数关系。该系统可为煤层瓦斯抽采及压裂增透技术提供一定试验基础。