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含瓦斯煤THM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)介紹了含瓦斯煤熱流固耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究成果。全書共6章：第1章總結(jié)和評(píng)述含瓦斯煤多場(chǎng)耦合相關(guān)領(lǐng)域的研究成果；第2章研究含瓦斯煤孔隙率及有效應(yīng)力方程；第3章研究含瓦斯煤滲透率演化規(guī)律并建立了理論模型；第4章研究含瓦斯煤熱流固耦合模型并確定了定解條件；第5章詳細(xì)介紹煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)的研制及應(yīng)用；第6章利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)含瓦斯煤THM耦合模型進(jìn)行了數(shù)值分析。
含瓦斯煤THM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究可供從事煤礦瓦斯綜合治理的采礦工程、安全技術(shù)及工程、防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程、巖土工程及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員參考使用，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書。

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第1章　緒　　論
1.1　引　　言
煤是一種孔隙裂隙雙重介質(zhì)，其開采過程中的煤體變形和瓦斯流動(dòng)均是在流固耦合作用下的煤體變形和瓦斯流動(dòng)，而煤與瓦斯突出也是由于流固耦合作用下的煤體失穩(wěn)破壞而發(fā)生的災(zāi)害現(xiàn)象［1］。因此，若要使瓦斯在煤層中的運(yùn)移規(guī)律更符合實(shí)際，則必須考慮瓦斯在煤層中的流固耦合問題。通常所說的流固耦合是指在流體和固體組成的系統(tǒng)中流體和固體相互影響、相互作用的現(xiàn)象，流、固兩場(chǎng)同時(shí)存在。為簡(jiǎn)化研究過程，一般假設(shè)流體和固體在相互作用的過程中溫度是恒定的（即不考慮溫度場(chǎng)變化與固體變形、流體流動(dòng)間的耦合作用），然而，因溫度變化引起的熱效應(yīng)在煤巖體賦存的地球物理環(huán)境諸因素中是不應(yīng)忽視的，自然界中實(shí)際存在的流固耦合系統(tǒng)的溫度場(chǎng)通常也是不斷變化的，所涉及的工程領(lǐng)域也相對(duì)較多，如核廢料深埋處理、地?zé)豳Y源的開發(fā)、石油熱采、煤層氣開采等。越來越多的現(xiàn)象表明，隨著井下煤層開采深度的增加，井下作業(yè)環(huán)境溫度逐漸升高，這種熱效應(yīng)已成為影響井下煤層中瓦斯流動(dòng)的重要因素。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究表明，煤層瓦斯被大量解吸時(shí)，煤壁溫度有所下降。瓦斯在煤層中的運(yùn)移無論是吸附/解吸或滲透、擴(kuò)散過程都有熱效應(yīng)發(fā)生，現(xiàn)有的煤層瓦斯流固耦合理論將瓦斯在煤層中的流動(dòng)視為等溫過程，與實(shí)際偏差較大。因此，若要進(jìn)行更切合實(shí)際的煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律研究，就不能僅僅考慮隨著采深增加而引起的煤層高地應(yīng)力和低滲透性影響，必須放棄等溫條件假設(shè)，連同隨著采深增加而引發(fā)的高溫?zé)嵝?yīng)共同考慮在內(nèi)，即將地球物理場(chǎng)中的溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)同時(shí)耦合考慮，進(jìn)行瓦斯在煤層中運(yùn)移的熱流固（coupledthermal?hydrological?mechanical，THM）三場(chǎng)耦合研究，該項(xiàng)研究是一條必須且有效的途徑。
煤與瓦斯突出是井工煤礦生產(chǎn)中遇到的一種極其復(fù)雜的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。它能在極短的時(shí)間內(nèi)，由煤體向巷道或采場(chǎng)空間拋出大量的煤炭，并噴出大量的瓦斯，不僅會(huì)造成人員傷亡，還造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)損失［2］。據(jù)史料記載，自1834年在法國(guó)魯阿雷煤田阿克礦井發(fā)生第一次煤與瓦斯突出災(zāi)害以來，先后在蘇聯(lián)、中國(guó)、法國(guó)、波蘭、日本、英國(guó)等19個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)生過煤與瓦斯突出事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，迄今為止發(fā)生煤與瓦斯突出的總數(shù)已多達(dá)4萬余次，其中最大一次煤與瓦斯突出災(zāi)害發(fā)生在1969年蘇聯(lián)的頓巴斯煤礦，其突出煤（巖）量達(dá)1.42×104 t，瓦斯涌出量達(dá)25×104 m3，造成眾多人員傷亡，資產(chǎn)損失嚴(yán)重［2～6］。在我國(guó)，僅2004年10月至2005年2月，短短5個(gè)月內(nèi)就發(fā)生死亡人數(shù)超100人的特大型瓦斯爆炸事故3起，3次事故死亡人數(shù)為528人。其中在2004年10月20日，河南省鄭州煤業(yè)集團(tuán)公司大平煤礦發(fā)生一起由特大型煤與瓦斯突出而引發(fā)的特別重大瓦斯爆炸事故，就造成了148人死亡，32人受傷，社會(huì)影響極為惡劣，與“以人為本，建立和諧社會(huì)”的國(guó)家方針極不協(xié)調(diào)。黨和國(guó)家對(duì)此給予了高度重視，同時(shí)當(dāng)前集約化煤炭生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步也對(duì)煤與瓦斯突出防治研究提出了更高要求。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤與瓦斯突出防治將是煤礦安全的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。因研究難度較大，以往的研究成果主要側(cè)重于對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理的探索或防治措施方面，大多數(shù)為定性分析，定量研究較少，實(shí)驗(yàn)研究更少�，F(xiàn)有的突出試驗(yàn)裝置存在很大的局限性，迫切需要研制出一種更加先進(jìn)的、大型的煤與瓦斯突出試驗(yàn)裝備，以期在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合瓦斯流動(dòng)理論，對(duì)煤與瓦斯突出防治進(jìn)行更深層次的探索。
本書擬在對(duì)煤的基本物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試分析、瓦斯?jié)B流特性及瓦斯吸附解吸特性進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，開展含瓦斯煤熱流固耦合模型及煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)等研究。
1.2　研究現(xiàn)狀及評(píng)述
本書以實(shí)驗(yàn)研究為主要手段，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，研究?jī)?nèi)容涉及含瓦斯煤孔隙率、滲透率演化規(guī)律與熱流固耦合模型及煤與瓦斯突出相似模擬等諸多方面。由于煤的力學(xué)特性試驗(yàn)是巖石力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)，本書不再贅述。結(jié)合本書研究?jī)?nèi)容，這里將主要介紹煤孔隙性、滲透性及瓦斯吸附/解吸特性、含瓦斯煤THM耦合問題及其求解方法、煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)等方面的研究進(jìn)展。
1.2.1　煤的孔隙、滲透及吸附/解吸特性
1.煤的孔隙特性
煤是一種孔隙裂隙雙重介質(zhì)，其孔隙率是決定煤的吸附/解吸、滲透和強(qiáng)度性能的重要因素之一，煤巖性質(zhì)對(duì)瓦斯的運(yùn)移能力影響也主要體現(xiàn)在煤體的孔隙結(jié)構(gòu)上。目前關(guān)于煤孔隙結(jié)構(gòu)的研究方法主要有水孔隙率測(cè)定法、氦孔隙率測(cè)定法、氣體吸附法、壓汞法、掃描電鏡、［7］投射電鏡、X射線衍射、核磁共振、NMR旋轉(zhuǎn)松弛測(cè)量法、氣相色譜法等，其中的每一種測(cè)試方法均有其優(yōu)越性和局限性。例如，氣體吸附法是多孔材料孔隙結(jié)構(gòu)研究的經(jīng)典方法，77K下液氮吸附法和298K下CO2吸附法是描述煤中孔表面積和孔徑分布最流行的方法，但氣體吸附法無法同時(shí)揭示中孔和微孔的孔徑分布信息，更無法測(cè)試閉孔的特征［8］。故而，目前運(yùn)用較多的主要為壓汞法和掃描電鏡觀察法。
壓汞法由于其原理簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)實(shí)驗(yàn)技巧要求不高等特點(diǎn)而成為定量研究孔隙結(jié)構(gòu)必不可少的工具，這種方法廣泛應(yīng)用于煤的孔隙研究中，而且對(duì)于孔隙的定性表征也較準(zhǔn)確和易于分析。吳�。�9］用壓汞儀對(duì)淮南煤田和南桐煤田的富烴煤及貧烴煤分別做了孔隙體積研究，在可測(cè)體積范圍內(nèi)兩個(gè)煤田的煤樣顯示了同樣的結(jié)果，即富烴煤的孔隙體積要高于貧烴煤的孔隙體積；同時(shí)還對(duì)幾個(gè)煤礦的破碎煤和硬塊煤做了孔隙研究，發(fā)現(xiàn)破壞程度大的煤，具有較大的孔隙體積，并含有較多孔徑大于1000?的孔隙類型。Taske［10］在實(shí)驗(yàn)室使用微孔測(cè)定儀對(duì)煤樣進(jìn)行測(cè)量，測(cè)定儀記錄了壓力、孔徑、平均直徑、累積體積、體積增加量和微分體積，并進(jìn)行了孔隙分布的討論，得知煤中大孔和中孔的分布是非常易變而沒有規(guī)律性的，且在孔徑汞量增加值曲線上可以很明顯地看出幾乎所有的煤樣在孔徑為0.3μm處峰值均有一個(gè)突然的增加。說明此時(shí)汞量的突增是因?yàn)槊簶拥膲嚎s性使得煤樣產(chǎn)生壓縮變形，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的汞壓為20MPa。因此必須對(duì)壓汞試驗(yàn)中會(huì)引起煤基質(zhì)的壓縮進(jìn)行校正，粉碎的煤樣測(cè)得的煤孔隙分布比沒有粉碎過的煤樣測(cè)得的孔隙分布要大10μm。而電鏡掃描法不僅可以獲取其孔隙形貌更直接、定性的感官認(rèn)識(shí)，配合數(shù)據(jù)處理軟件，還可以獲得最大和最小孔徑、不同孔徑范圍的孔分布特征等孔隙性參數(shù)的定量分析結(jié)果。袁靜［11］通過觀察巖心，鑒定普通和鑄體薄片，利用掃描電鏡等分析測(cè)試手段，研究了松遼盆地東南隆起區(qū)上侏羅統(tǒng)儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征，認(rèn)為該區(qū)深部構(gòu)造層物性偏差，特別是火石嶺組和沙河子組，但各斷陷普遍發(fā)育2～4個(gè)次生孔隙發(fā)育帶，是主要的油氣儲(chǔ)集空間。張素新等［12］利用掃描電鏡通過觀察和分析大量的煤樣，發(fā)現(xiàn)煤儲(chǔ)層中的微孔隙有植物細(xì)胞殘留孔隙、基質(zhì)孔隙和次生孔隙三種類型，其中基質(zhì)孔隙又可分為不同組分之間的孔隙、顆粒之間的堆積孔隙和顆粒脫落后所留下的孔隙三種類型，且其孔隙直徑大小不一，一般在1～10μm，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)煤中普遍發(fā)育有微裂隙，微裂隙的長(zhǎng)度長(zhǎng)短不一，其裂隙縫的寬度一般也在1～10μm。
在孔隙率理論研究方面雖然取得了一定的成果，但考慮的因素相對(duì)單一，且與煤和瓦斯相關(guān)的報(bào)道較少。Doremus［13］認(rèn)為，孔隙率對(duì)巖石力學(xué)特性有顯著影響，一般孔隙率與巖石強(qiáng)度成正比。張先貴和劉建軍［14］通過對(duì)低滲多孔介質(zhì)的孔隙率隨有效壓力的變化做了大量的室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)后，測(cè)定了有效壓力變化過程中巖心孔隙率的變化，得到隨有效壓力的增加，巖心孔隙率具有不同程度的下降，當(dāng)有效壓力降低后，巖心的孔隙率有所恢復(fù)，但不能恢復(fù)到原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步得出兩者服從負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系。李春光等［15］利用兩相等效體的概念，根據(jù)Walsh公式和球形孔隙的彈性公式導(dǎo)出了多孔介質(zhì)的孔隙率和體積模量之間的近似公式和精確公式，并指出近似關(guān)系式不適用于較大的孔隙率，精確公式可較好地適用于較大孔隙率。而李祥春等［16］和盧平等［17］從孔隙率基本定義出發(fā)，經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo)，分別得到了不同的含瓦斯煤孔隙率數(shù)學(xué)方程，雖然考慮的影響因素不夠完善，但在一定工程條件下也已滿足需求，其中李祥春等從孔隙率基本定義出發(fā)，在理論上還給出了滲透率和膨脹變形之間的關(guān)系式，但并未見其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證結(jié)果。
2.煤的滲透特性
煤層瓦斯?jié)B透特性是專門研究煤層內(nèi)瓦斯壓力分布、瓦斯流動(dòng)變化及影響因素的科學(xué)，包括滲透理論與滲透率試驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面。自該學(xué)科提出至今，經(jīng)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，已發(fā)展起來的理論成果有：線性瓦斯流動(dòng)理論、線性瓦斯擴(kuò)散理論、瓦斯擴(kuò)散滲透理論、非線性瓦斯流動(dòng)理論、地球物理場(chǎng)效應(yīng)的瓦斯流動(dòng)理論、多煤層系統(tǒng)瓦斯越流理論和煤層瓦斯流固耦合理論［18］。針對(duì)本書后續(xù)的研究?jī)?nèi)容，這里主要從滲透率試驗(yàn)方面的研究進(jìn)展給予介紹。
隨著煤礦開采深度的加大，由深部地球物理場(chǎng)引發(fā)的井下煤層高地應(yīng)力、高溫、低滲透等問題越來越引起采礦界學(xué)者的關(guān)注。經(jīng)過多年的努力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地應(yīng)力作用下煤層瓦斯運(yùn)移方面的研究報(bào)道已較多［19～27］，成果也相對(duì)成熟，且觀點(diǎn)基本趨于一致，即煤層滲透性敏感地依賴于地應(yīng)力，在高應(yīng)力區(qū)滲透率低，低應(yīng)力區(qū)滲透率高。例如，國(guó)外Somerton［19］研究了裂紋煤體在三軸應(yīng)力作用下氮?dú)饧凹淄闅怏w的滲透性，得出了煤樣滲透性敏感地依賴于作用應(yīng)力，而且與應(yīng)力史有關(guān)等結(jié)論，并指出隨著地應(yīng)力的增加，煤層透氣率則按指數(shù)關(guān)系減小。澳大利亞學(xué)者Enever和Henning［23］在通過對(duì)煤層滲透率與有效應(yīng)力的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，煤層滲透率變化值與地應(yīng)力的變化呈指數(shù)關(guān)系，而且煤層滲透率與有效應(yīng)力關(guān)系式為
K/K0＝exp（-3cΔσ）（1.1）式中，K、K0分別為滲透率和滲透率初始值，m2；c為實(shí)驗(yàn)回歸系數(shù)；σ為地應(yīng)力，Pa。
隨著對(duì)煤層瓦斯?jié)B流力學(xué)的研究進(jìn)展，我國(guó)學(xué)者在地球物理場(chǎng)對(duì)煤層瓦斯?jié)B透率的作用和影響領(lǐng)域同樣取得了一些新的研究成果，對(duì)Darcy定律的修正研究起到了很大的推動(dòng)作用。為研究地應(yīng)力與煤層瓦斯?jié)B透特性之間的力學(xué)聯(lián)系，林柏泉和周世寧［24］通過模擬地應(yīng)力環(huán)境對(duì)煤樣瓦斯的滲透率試驗(yàn)研究，得出煤層瓦斯?jié)B透率與地應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系如下：
加載時(shí)服從指數(shù)方程
K＝ae-bσ （1.2）式中，a、b均為實(shí)驗(yàn)回歸系數(shù)；σ為地應(yīng)力，Pa。卸載時(shí)服從冪函數(shù)方程K ＝ K0 σ-c （1.3）式中，σ為地應(yīng)力，Pa；c為實(shí)驗(yàn)回歸系數(shù)。
趙陽升等［25］利用自制的煤巖滲透試驗(yàn)臺(tái)和三軸滲透儀對(duì)陽泉礦務(wù)局3# 煤層進(jìn)行了三維應(yīng)力情況下的煤樣滲透率測(cè)試試驗(yàn)，揭示了三維應(yīng)力和煤體吸附作用對(duì)煤層瓦斯?jié)B流規(guī)律的影響，指出煤體吸附作用表現(xiàn)為滲透系數(shù)隨孔隙壓力呈負(fù)冪函數(shù)規(guī)律變化，變形作用則表現(xiàn)為滲透系數(shù)隨有效體積應(yīng)力呈負(fù)指數(shù)規(guī)律變化。吸附與變形共同作用的結(jié)果使?jié)B透系數(shù)隨孔隙壓變化表現(xiàn)為存在一臨界值Pc，當(dāng)P＜Pc時(shí)，滲透系數(shù)衰減；當(dāng)P＞Pc時(shí)，滲透系數(shù)增加，并清晰地導(dǎo)出了滲透系數(shù)隨孔隙壓力和體積應(yīng)力變化的關(guān)系式
K ＝ K0 Pn exp［b（Θ-3αP）］（1.4）式中，b為體積應(yīng)力對(duì)滲透率的影響系數(shù)；Θ為體積應(yīng)力，Pa；α為等效孔隙壓系數(shù)；P為孔隙壓力，Pa。
唐巨鵬等［27］利用自制的三軸瓦斯解吸滲透儀，通過研究卸載過程模擬煤層瓦斯抽采過程中的煤層瓦斯解吸和運(yùn)移規(guī)律，得出煤層瓦斯?jié)B透率和滲透系數(shù)隨有效應(yīng)力減小出現(xiàn)先減小后增大現(xiàn)象。說明在卸載初期，有效應(yīng)力起主導(dǎo)作用，隨有效應(yīng)力降低，煤層瓦斯?jié)B透率和滲透系數(shù)將逐漸減小；但當(dāng)有效應(yīng)力降低到一定值時(shí)，由于從煤體中解吸的煤層瓦斯增多加大了基質(zhì)收縮率，此時(shí)基質(zhì)收縮對(duì)煤層瓦斯?jié)B透率和滲透系數(shù)影響起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致煤層瓦斯?jié)B透率和滲透系數(shù)開始升高，而隨著有效應(yīng)力的進(jìn)一步降低，滑脫效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，使得煤層瓦斯?jié)B透率和滲透系數(shù)迅速提高，從而滑脫效應(yīng)起主導(dǎo)作用。
1993年以來，以鮮學(xué)福院士為首的科研團(tuán)隊(duì)在煤的滲透性影響因素方面做了大量的研究［28～36］。其中，許江等［28］利用自制的氣固兩相三軸儀對(duì)含瓦斯煤在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的變形特性及其強(qiáng)度特征進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，具有不同氣體壓力的瓦斯對(duì)煤的變形特性及其峰值強(qiáng)度都有不同程度的影響，而這種影響可通過有效應(yīng)力參數(shù)予以描述。孫培德等［32，33］開展了煤層瓦斯?jié)B透率與地應(yīng)力和孔隙壓力的關(guān)系研究，其成果表明：①當(dāng)孔隙壓力相對(duì)恒定時(shí)，煤層瓦斯?jié)B透率隨有效體積應(yīng)力增加而呈負(fù)指數(shù)規(guī)律變��；②煤層瓦斯?jié)B透率隨孔隙壓力變化呈對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的拋物線形變化規(guī)律，即作用在煤樣骨架上的有效體積應(yīng)力相對(duì)恒定時(shí)，隨著孔隙壓力的變化，煤層瓦斯?jié)B透率依指數(shù)曲線和拋物線的復(fù)合函數(shù)規(guī)律而變化；③當(dāng)孔隙壓力與體積應(yīng)力之比值較小時(shí)，煤層瓦斯?jié)B透率隨孔隙壓力增大而變小，且會(huì)出現(xiàn)Klinkenberg效應(yīng)；④當(dāng)孔隙壓力與體積應(yīng)力之比大于某一定值時(shí)，煤層瓦斯?jié)B透率隨孔隙壓力增大而增大，Klinkenberg效應(yīng)逐漸消失。此兩項(xiàng)研究已不再局限于外圍地應(yīng)力，而是更深層次地考慮了孔隙壓力與有效體積應(yīng)力對(duì)煤層瓦斯?jié)B流特性的影響，為地應(yīng)力場(chǎng)效應(yīng)的煤層瓦斯?jié)B流特性研究邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。程瑞端［34］在圍壓不變的情況下，利用三軸滲流試驗(yàn)裝置分別在20℃、30℃、40℃、50℃測(cè)定了瓦斯?jié)B流量，經(jīng)所測(cè)數(shù)據(jù)分析得出煤層瓦斯?jié)B透率K與煤體溫度T呈冪函數(shù)關(guān)系
K＝K0（1+T）n （1.5）張廣洋等［35］、楊勝來等［36］經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，煤樣瓦斯的滲透率降低，滲透率的對(duì)數(shù)與溫度呈線性關(guān)系
lnK＝A+BT（1.6）盡管以上兩篇文獻(xiàn)在滲透率與溫度之間的函數(shù)關(guān)系表面上不同，但所得的規(guī)律現(xiàn)象卻是相同的，因?yàn)槿魧⑹剑?.6）取泰勒級(jí)數(shù)展開并忽略高階項(xiàng)，則可得到關(guān)系式K＝K′0（1+nT），與式（1.5）的展開式K＝K′0（1+nT）相同。由此可見，式（1.5）和式（1.6）在低階項(xiàng)都可用來描述煤層瓦斯?jié)B透率與溫度的關(guān)系，說明兩項(xiàng)研究所得的結(jié)果吻合，而該現(xiàn)象的發(fā)生一方面是因?yàn)殡S著溫度升高，煤體骨架發(fā)生膨脹變形，煤層瓦斯?jié)B流通道縮��；另一方面煤層瓦斯的黏度降低，致使煤層瓦斯?jié)B透率降低。
3.煤的吸附/解吸特性
煤是一種多孔介質(zhì)，具有發(fā)達(dá)的孔隙系統(tǒng)，屬于天然吸附劑，煤層中的瓦斯90%以上為吸附瓦斯。吸附于煤微孔隙內(nèi)的瓦斯氣體分子會(huì)因溫度和瓦斯壓力的變化導(dǎo)致熱運(yùn)動(dòng)能力增加而克服引力，從煤的內(nèi)表面脫離并進(jìn)入游離相。煤的吸附能力也與煤體溫度有關(guān)，普遍認(rèn)為，溫度升高煤的吸附能力下降。Killingey等測(cè)定表明，在壓力5MPa時(shí)，溫度每升高1℃，甲烷吸附量下降0.12cm3/g。煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院的實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高1℃，煤吸附甲烷的能力下降8%［37］。雖然在此方面取得了一致觀點(diǎn)，但在探討Langmuir方程吸附常數(shù)a、b隨溫度變化的關(guān)系時(shí)，卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的分歧。如蘇聯(lián)學(xué)者Xодот［38］的實(shí)驗(yàn)資料顯示，a值基本上不隨溫度而變化，b值則隨溫度的增高而減小。國(guó)內(nèi)學(xué)者陳昌國(guó)［39］、周勝國(guó)和郭淑敏［40］、崔永軍等［41］、張慶玲等［42］采用靜態(tài)容量法，基于Langumir方程對(duì)不同煤級(jí)的煤樣進(jìn)行了不同溫度條件下的等溫吸附試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨溫度升高飽和吸附量a值的變化趨勢(shì)不太明顯，總體略有下降，說明溫度對(duì)a值的影響不大；而b值則隨溫度升高而明顯減小，說明溫度升高解吸過程增強(qiáng)。這些成果均與蘇聯(lián)學(xué)者Xодот的結(jié)論一致。然而，趙志根等［43］對(duì)3個(gè)煤樣在30℃、50℃、70℃條件下進(jìn)行的等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果卻表明，隨著溫度升高，a值降低，但最終都趨于一個(gè)穩(wěn)定值；鐘玲文等［44］的研究結(jié)論卻是吸附常數(shù)與溫度無明顯的變化關(guān)系；劉建軍［45］研究發(fā)現(xiàn)，a值隨溫度升高而降低，b值則隨溫度升高而呈波浪形變化（圖1.1），擬合其數(shù)學(xué)表達(dá)式為+ c1 T + c2 T2 ba ＝＝ dc00 + c1 d1 T + d2 T2+ d3 T3 （1.7）

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