层理面角度对甲烷吸附-解吸及渗流规律的实验探究

本研究论文主要探讨了煤岩层理面对于甲烷吸附-解吸过程以及渗流规律的影响，针对这一主题，作者陈宇龙等人进行了深入的实验研究。首先，他们通过在实验室中对含有不同倾角的层理煤岩试件进行了细致的实验，包括吸附解吸试验和全应力-应变-渗流试验，以获取第一手数据。 实验结果显示，甲烷在吸附-解吸过程中，随着煤岩层面倾角的增大，吸附速度呈现出明显的增加趋势。然而，尽管吸附速度提升，但甲烷的总吸附量和体积应变并未受到显著影响，这表明层理结构对甲烷吸附总量的控制相对独立于其倾角变化。 煤岩试件在层理接触面的力学特性和物理特性共同作用下，其应力-应变曲线表现出五个不同的阶段，每个阶段都对瓦斯渗流规律产生显著的层理效应。随着层面倾角增大，试件内部的甲烷渗流路径增多，导致初始渗流速度加快，这直接影响到气体流动的效率和路径选择。 渗流速度的变化受制于煤岩在压缩过程中的孔隙和裂隙行为。在煤岩试件达到失稳破坏之前，由于轴向孔隙和裂隙的压缩，以及径向孔隙和裂隙的扩展，渗流速度会逐渐降低，直至达到最小值。这个最小渗流速度所对应的轴向应变与峰值ε_p的比值随层面倾角增大而减小，反映出层面倾角对渗流阻力的影响。 当煤岩达到峰值强度后，会发生失稳破坏，伴随着大量的弹性能量释放和裂纹扩展。能量释放的强烈程度直接影响裂纹的密集度，从而引发瓦斯渗流速度的急剧上升。实验结果还显示，渗透率β的大小与层面倾角密切相关，具体表现为β=0°>β=90°>β=30°>β=60°，说明水平层面的煤岩具有更高的渗透性。 这项研究为理解煤岩层理面如何影响甲烷的储存和流动提供了重要的实证依据，对于矿井安全管理和气体控制具有实际意义，对于优化采掘策略和预测地质灾害具有理论价值。