原煤、型煤吸附—解吸变形规律对比研究

煤体吸附-解吸机理的研究是发展煤层气开采技术的关键理论之一。本文以原煤、型煤为研究对象，利用重庆大学自行研制的煤层气高压吸附解吸装置、高压吸附解吸变形装置等试验设备，分析了煤体吸附理论模型，对比研究了原煤、型煤煤体在吸附-解吸过程中的变形规律。主要工作及研究成果如下： ①系统总结了煤体吸附理论模型，并结合重庆大学自行研制的煤层气高压吸附解吸装置试验分析了各理论模型，拟合精度由高到低依次为BET方程＞Langmuir方程＞D-R方程＞Freundlich方程＞Herry方程＞Volmer方程。 ②利用自主研制的高压吸附解吸变形装置开展了原煤、型煤在温度15°时的不同瓦斯压力下的吸附-解吸变形试验，并对比研究了原煤、型煤吸附膨胀变形与各因素之间的关系。研究表明，两种煤体吸附膨胀应变与时间曲线有相似的变化趋势，但又有明显的差异，原煤充气瞬间发生煤体收缩和弹性变形，型煤不明显；煤体瓦斯吸附量与其体应变量呈很好的线性关系；型煤吸附瓦斯产生的体应变大于原煤吸附瓦斯产生的体应变，随着瓦斯压力的增加这种差距逐渐减小，约2.7MPa时，两种煤体吸附瓦斯产生的体应变量相等。 ③对比分析原煤、型煤解吸过程的变形规律，得出原煤在解吸瞬间其变形先膨胀后收缩，型煤只发生收缩变形；型煤解吸收缩变形初期应变变化速率约是原煤的5倍，且随着孔隙压力的增大，两种煤体的初期应变速率差距也增大；煤体解吸变形与孔隙压力呈很好的乘幂关系；随着孔隙压力的增大，原煤解吸体应变量逐渐接近型煤。 ④综合分析两种煤体在整个吸附-解吸过程中的变化规律，得出原煤、型煤残余变形量与瓦斯压力均呈二次抛物线关系；原煤煤体吸附-解吸变形可逆性较差，但随着压力的增大，可逆性增强，型煤煤体吸附-解吸变形可逆，即煤体变形可逆性取决于其裂隙数量。