水分對煤瓦斯解吸性能及力學特性的影響研究.pdf

1、煤層開采過程中，難以避免水分的影響，為保證突出煤層的安全高效開采，研究水分對煤瓦斯解吸和力學特性的影響具有重要意義。本文以臥龍湖煤礦8101涌水工作面的為研究背景，綜合運用理論分析、實驗室實驗、數值模擬、現場驗證等研究手段，探討水分對煤瓦斯解吸性能及煤體力學特性的影響，并通過現場瓦斯數據和數值模擬考察，說明水分對工作面瓦斯解吸以及應力分布的影響，為相似地質條件煤層開采提供技術參考。
　　為了研究水分對煤瓦斯解吸性能的影響，本文采用

2、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心的高壓吸附-注水-攪拌-解吸測試裝置，該儀器解決了先吸附平衡后注水解吸的難題。實驗表明，水對煤中吸附瓦斯具有置換解吸作用和抑制解吸作用，并通過工作面實際瓦斯涌出規(guī)律和瓦斯解吸量進行了驗證。置換解吸作用表明：不同瓦斯吸附平衡壓力下，瓦斯置換量與水分含量變化關系相似，即水分含量越大，水分對煤中吸附瓦斯的置換量越大，當水分含量達到9％~11%時，水分對瓦斯的置換量能達到25%~35%，超過11%后，再增加水分含量對

3、置換量的影響將不再明顯。抑制解吸作用表明：不同瓦斯吸附平衡壓力下，瓦斯解吸量與水分含量變化關系相似，即水分含量越大，瓦斯解吸量越小，且存在極限值，當水分含量達到9%~11%之間時，水分對120 min瓦斯解吸抑制效率在45%~55%之間。
　　通過不同水分含量下的型煤力學實驗，得到了水分對型煤力學特性參數的影響規(guī)律，即隨著水分含量的增大，抗壓強度降低，峰值應變增加，彈性模量降低，摩擦角和內聚力也逐漸降低；抗壓強度、峰值應變、彈性模

4、量、內聚力與水分含量均呈指數變化關系，摩擦角與水分含量呈線性變化關系；圍壓越大，水分含量對抗壓強度、峰值應變和彈性模量的影響越大。
　　現場瓦斯數據表明，增大煤體水分含量，煤體中吸附瓦斯首先會受到置換解吸作用影響，部分吸附瓦斯被置換成為游離瓦斯提前釋放，當工作面煤體卸壓或者采落時，煤體瓦斯降壓解吸將受到抑制作用，使得潤濕煤體的瓦斯解吸量和解吸速度小于干燥煤體，減少工作面落煤瓦斯涌出。
　　為了研究水分改變煤體力學特性對工作面