力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

李波波^1,2,3，杨康¹，李建华¹，任崇鸿¹，许江⁴，左宇军^1,2，张敏⁴

1. 贵州大学矿业学院2. 贵州大学喀斯特山区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室3. 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地4. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室

摘 要：利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。

关键词：力热耦合;渗透率;吸附;滑脱效应;过剩吸附量;