煤层吸附He,CH₄和CO₂过程中的变形特性

张遵国^1,2，齐庆杰²，曹树刚³，郭平⁴

1. 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院2. 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室3. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室4. 重庆工业职业技术学院建筑工程与艺术设计学院

摘 要：为深入研究煤层吸附气体过程中的变形特性,开展了He,CH₄,CO₂三种气体作用下的煤层吸附变形实验,同步测试煤样在CH₄,CO₂气氛下的气体吸附量,探讨了煤样等温吸附变形机理,建立了综合考虑吸附态气体和游离态气体作用的煤等温吸附变形模型。结果表明,He作用下煤样产生压缩变形,应变曲线可分为孔隙压密和线弹性变形两个阶段; CH₄和CO₂气氛下煤样吸附变形与吸附量均呈非线性关系,相同吸附量条件下煤样吸附CH₄产生的膨胀变形量大于吸附CO₂产生的膨胀变形量;煤基质在CO₂气氛下比在CH₄气氛下更容易产生压缩变形;游离态气体不仅通过孔隙压力对煤基质有压缩作用,还能通过改变煤结构促进煤的膨胀变形。可用二次函数表达游离态气体作用下的煤样变形量与孔隙压力关系。与相关模型的对比分析表明,建立的等温吸附变形模型能够对试验数据进行精确拟合,并能够很好地描述煤样在不同吸附性气体作用下的吸附变形特征。

关键词：不同气体;等温吸附;膨胀变形;变形机理;变形模型;