含瓦斯煤体渗吸水变形特征实验研究

张 曦，马衍坤，高 魁，秦万里

（1.安徽理工大学 安全科学与工程学院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽 淮南 232001）

煤层气开采过程中水的侵入不仅可以改善煤体的物理强度，而且水利化措施后，水分完全可以依靠毛细管力进入煤体内部，发生渗吸作用，从而改变瓦斯的吸附解吸特性[1-5]。在煤矿瓦斯抽采领域，一些学者发现水分能够渗吸置换出煤中瓦斯。如果研究利用水分进入煤体后的渗吸效应，将会对提高低渗煤层瓦斯抽采效果、缩短瓦斯抽采时间具有重大的意义。目前国内外学者利用理论分析、实验测试等手段对煤体吸附瓦斯后的变形特征开展了大量研究。在吸附膨胀变形机制研究方面：林柏泉、周世宁[6]认为含瓦斯煤体变形是由于吸收瓦斯使碳分子间距加大和瓦斯分子楔开了煤层中的微孔隙和微裂隙等。何学秋[7]等利用表面物理化学知识认为孔隙气体使煤岩内部微孔隙、裂隙的表面的范德华力被削弱而产生膨胀能，从而使煤体宏观上表现出膨胀变形。C O Karacan[8-9]、曹树刚等[10]通过对突出危险煤的研究表明突出危险煤的变形曲线可以划分为6个阶段，煤体的应变变化率绝对值随时间逐渐减小，且服从朗格缪尔方程。刘延保[11]聂百胜等[12]得出煤体的吸附膨胀变形垂直层理方向的变形值明显大于平行层理方向，且吸附气体压力越大，其残余变形值也越大。祝捷等[13]研究表明煤吸附/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；……