声波振动环境下煤体瓦斯解吸与放散机理研究

含瓦斯煤体中瓦斯赋存状态受多种因素影响。除温度和压力作用因素外，声波振动作用对固流耦合状态的含瓦斯煤体的瓦斯解吸与放散具有一定的影响。不同成因、不同煤体结构类型的含瓦斯煤体的瓦斯解吸或分离与声波振动和作用于煤体的应力的变化的必然存在某种特定的关系；在煤体中人为施加高振次振动能量可以改变含瓦斯煤体微观结构和应力的变化。在周期性的动荷载作用下可使煤体产生疲劳损伤，煤的应变值将随振动持续时间的增加而增加，从而煤体的裂隙不断增加。当振动频率与煤体固有频率一致时，煤体的 "共振"，将会对微观结构产生最大的破坏效果；在人为控制的振动条件下，可以得出不同的煤体结构类型的瓦斯解吸与放散对不同振动参数的响应性。通过上述内容研究，建立振动参数、煤体压力、煤体渗透率、瓦斯解吸量和解吸速度等参数之间的相关关系，为煤层气开采新技术的探索奠定新的理论基础。

含瓦斯煤体对瓦斯的吸附与解吸，以及瓦斯在煤中的渗透性不仅取决于煤的物质组成和微观结构，同时取决于煤体的外部环境。在声波场的作用下可以改变煤体的应力状态，对煤体瓦斯的吸附与解吸，以及瓦斯的运移渗透特征完全得到改变。.采用自制的煤体瓦斯动力作用模拟实验系统开展实验研究，研究的煤样为淮南矿区中等变质程度的气煤。煤体在结构上属于遭受一定程度地质构造破坏的构造煤，实验的样品质量约80kg。项目研究了高振次声波场作用下的瓦斯解吸与放散特征、不同振动频率声波的瓦斯解吸效应。项目重点研究了非声场和声场作用条件下煤体的应力场、煤体瓦斯渗透速度和瓦斯解吸放散特征，分析了声场作用下煤体内部的应力应变机制，阐述了声波振动增加煤体渗透能力和促进瓦斯解吸的内在机理。研究结果表明：①假设围岩不发生显著的物理变形，在煤体瓦斯从游离态向吸附态转变过程中，煤体总压力呈下降趋势，瓦斯压力随时间按照对数规律减小，有效应力随时间按照对数规律增大；②同样在煤体不发生显著变形的条件下，煤体瓦斯处于向煤层外空间放散过程中，煤体总压力和瓦斯压力分别随时间按照负指数规律减小，瓦斯放散速度随时间按照对数规律减小；③煤体瓦斯在放散过程中对深部高应力区的卸载作用或应力释放效应明显强于低应力区；④声波作用于煤体，能够破坏煤体内部的粘结力，增加煤体裂隙宽度，提高煤体的渗透性；当裂隙发育终止后，声波提高煤体渗透性的作用不再明显；⑤稳定持续的声波作用于煤体过程中，煤体有效应力按照对数规律降低。⑥声波振动器产生的周期性动力效应有利于瓦斯的解吸和运移。.项目针对作用于煤体的声波提高煤体瓦斯的解吸效率的原理和增加含瓦斯煤体的渗透能力的机理研究提出了新的理论认识。其成果对于煤层瓦斯开采工艺的改进，对于提高瓦斯抽采效率和煤矿安全高效生产具有一定的意义。