0 引 言
据统计，我国煤矿90%以上是地下开采。近年来，随着浅部煤炭资源的大规模开采，煤矿开采水平以每年10～25 m的速度向深部转移，越来越多矿井进入深部开采阶段。随着开采水平向深部的转移，深部开采煤层的瓦斯赋存条件更为复杂，煤岩瓦斯动力灾害的突发性更强，煤层所受的地应力、瓦斯压力、瓦斯含量随之升高，高瓦斯突出煤层的瓦斯抽采更困难，矿井瓦斯涌出量急剧增大，瓦斯超限等现象愈加频繁，成为制约矿井安全高效生产的主要因素。煤层是典型的双重介质，存在大量的孔隙和微裂纹，处于应力、温度等因素共同作用的煤层瓦斯先经扩散解吸，再经煤层的孔裂隙系统流出煤体[1]。地下开采煤层处于应力的束缚状态，地质构造和开采扰动产生的应力会导致煤体所受应力状态发生明显的变化，对煤层瓦斯的扩散解吸和渗流过程产生显著的影响。深部开采时地应力的升高和剧烈开采扰动的持续作用，应力主导型的突出事故和冲击-瓦斯复合动力灾害时有发生，因此，研究深部开采时应力对含瓦斯煤解吸特征的影响，对深部开采煤层瓦斯灾害的防治和煤层气的开采具有重要的理论和工程实践意义。国内外学者在含瓦斯煤吸附解吸规律方面做了大量研究，然而含瓦斯煤吸附解吸规律影响因素众多，如煤体破坏程度[2-3]、水分含量[3-4]、粒度[5]、温度[6]、介质环境[7]、变质程度[8]、外加物理场[9-13]等，使煤样吸附解吸规律表现存在明显的差异。其中，相关学者[3,5,7,14]在瓦斯解吸规律的影响因素和瓦斯解吸模型方面做了大量的试验和理论研究，并提出了煤层瓦斯解吸放散的经验公式，为表征煤与瓦斯突出危险性和揭示煤与瓦斯突出机理奠定了理论基础。
以上研究成果的取得多是采用颗粒煤样，但实际上煤层是处于应力、温度、瓦斯等因素共同作用的环境中，在颗粒煤制备过程中机械破坏、筛分等工序破坏了煤的原始孔隙、裂隙结构，因此颗粒煤与原煤的瓦斯解吸特征存在一定的差别[15]。瓦斯在煤层中的吸附、扩散解吸、渗流等过程，是应力场、温度场及渗流场等多场耦合作用下的连续物理过程，随着煤矿开采深度的增加，地应力对煤吸附解吸特性的影响也逐渐凸显。
JR P L W等[16]的研究中提出应力会影响煤的吸附特性，并指出有效应力导致吸附膨胀量的减少；VIETE和RANJITH[17]研究间接表明应力对吸附作用的影响；文献[18-19]观察到应力对煤心吸附CO2的直接影响。前述的文献表明应力对煤的吸附能力会产生影响，但都没有阐明其影响机制。研究表明，应力会影响黏土表面上的水、挥发性物质及其他结晶材料的吸附[20-22]。HOL等[23]学者通过试验研究发现，在单轴应力作用下，当有效应力增大至35 MPa时，促使瓦斯解吸5%～50%，即有效应力会降低瓦斯的吸附能力；随后，HOL等[24]开发了基于统计力学理论的热力学模型，该模型用于计算应力作用下煤基质吸附CO2的平衡浓度，并将吸附平衡浓度的变化描述为流体化学活性变化和流体中吸附位点变化的综合影响；LIU等[25]对热力学模型进行新的推广，用于预测深部煤层的原位煤层瓦斯含量；李小春等[26]研究发现有效应力对甲烷吸附量有明显的影响。
应力不仅影响煤的吸附能力，还影响煤的解吸特征。许多学者进行了应力场对瓦斯解吸特性影响的试验研究，何满潮等[27]研究了温度以及单轴加载作用下煤中瓦斯解吸特征，结果表明，煤在外载应力作用下孔裂隙的张开与闭合可改变吸附瓦斯运移方向，在施加围压闭合裂隙过程中由于储气空间减少可使分布于裂隙中大量游离气体迅速排出煤体；唐巨鹏等[28]的研究考虑三维应力作用，表明在连续加载过程中解吸量、解吸时间均与孔隙压力呈抛物线关系，在连续卸载过程中随轴压减小，解吸量增加，解吸时间减少；同样荷载条件下，加载时解吸量大于卸载时解吸量，而加载时解吸时间却小于卸载时解吸时间，并研究指出有效水平应力与解吸量和解吸时间均为负指数形式递减；文献[29-30]分析了煤体应力应变与瓦斯压力之间的内在联系，得出煤体吸附瓦斯产生膨胀变形并导致应变量增加的结论；吕祥锋等[31]通过模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程，得到了孔隙压力与解吸量、应变的关系，试验结果可为煤层气安全抽采和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。
随着开采深度的增加地应力不断增大，且在采掘活动中原岩应力逐步向深部转移，采掘工作面一定范围内煤体遭受破坏的同时会产生应力集中区，这都会导致深部开采时动力灾害的发生。为了阐明深部开采应力对含瓦斯煤解吸特征的影响机制，以焦作矿区九里山矿的无烟煤为研究对象，利用不同的应力组合模拟采掘活动中煤层所受应力状态，进行不同应力状态下煤样的等温解吸试验和恒吸附压力下的应力解吸响应试验，通过不同应力状态下煤样的等温解吸试验考察煤样等温解吸速率、解吸初速率和解吸速率衰减指数的变化规律，利用恒吸附压力下不吸附性气体(He)和吸附性气体(CH4)应力解吸响应的对比试验，揭示应力对煤基质瓦斯解吸的诱导作用，从而阐明深部开采时应力对含瓦斯煤解吸涌出特征的影响机制，为准确认识深部开采煤层瓦斯涌出现象和煤层瓦斯灾害的防治提供理论基础。
1 试验样品及方法
受载煤体的瓦斯吸附解吸试验是在河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室的煤岩三轴渗流-吸附-解吸试验装置上进行的，该试验装置的结构如图1a所示。
图1 试验系统
Fig.1 Diagram of experimental system
该试验装置可以满足不同受载条件下含瓦斯煤气体的吸附和解吸试验的测试要求，尤其是利用活塞式回压阀可以精确控制三轴应力室的孔隙压力，方便开展恒吸附压力下的应力解吸响应试验。
1.1 试验样品的制备
测试的样品取自九里山矿二1煤层的14141工作面，煤厚平均5.36 m，倾角5.0°～12.5°，煤层结构简单，地质构造中等复杂，工作面煤层原始瓦斯含量19.17 m3/t、原始瓦斯压力1.07 MPa。
井下采集大块无明显裂纹的煤样送实验室利用液氮冷冻岩心钻取机制成ø50 mm×100 mm的标准煤样；为保证加载时上下端面受力均匀，需保证标准煤样的上、下端面打磨光滑(平滑度不大于0.02%)；将标准煤样放入干燥箱在温度80 ℃下对煤样干燥处理48 h排除煤样中的水分，待煤样冷却至室温后将其放入干燥器中密封保存备用。采集及制备的标准煤样如图2所示。
图2 煤样
Fig.2 Coal samples
1.2 试验方法及步骤
1)不同应力状态的等温解吸试验。等温解吸试验煤样均在围压3 MPa下充气吸附平衡，吸附平衡压力为2 MPa；分别在轴向应力0、3、6、9、12、15 MPa的条件下进行等温解吸试验，测得不同应力状态下试验煤样的瓦斯解吸量和解吸速率，进行不同应力状态下受载煤样的瓦斯解吸特性分析，试验步骤如下：①在三轴应力室安放好煤样后施加预定围压(3 MPa)固定煤样，然后对煤样进行高温真空脱气；②脱气完成后，打开阀门V2、V3、F1(其他阀门关闭)，打开甲烷气瓶，调节调压阀1向参考罐中充入甲烷气体，待参考罐内气体达到所设定的气体压力后，关闭调压阀1、V2、V3，恒温至30 ℃；③打开阀门V8和调压阀2，连通三轴应力室和参考罐，利用三轴应力室外的电磁加热圈保持三轴应力室恒温(30 ℃)，此时煤样开始吸附气体，连续监测试验系统的气体压力变化；④三轴应力室精密压力表读数稳定，煤样吸附平衡；⑤对煤样施加轴向应力至预定压力，打开阀门V9将三轴应力室的游离气体排出到大气中，当三轴应力室精密压力表下降至大气压时(视读数为0)，迅速开启气体计量装置，进行该应力条件下含瓦斯煤的等温解吸试验，记录瓦斯解吸量及解吸速率数据。
2)恒吸附压力下的应力解吸响应试验。将图1a中的阀门V9换成图1b的活塞式回压阀精确控制试验系统的三轴应力室孔隙压力，使其恒定为2 MPa，回压阀控制灵敏度为±0.02 MPa，在恒吸附压力下通过改变煤样的加载应力考察其应力诱导下的解吸响应特性。
按照图3中的加载路径对其进行恒吸附压力下的应力解吸响应试验。其中，加载路径Ⅱ是在煤样压密和弹性阶段(围压3 MPa)对其进行预压变形处理，可以最大限度地减小煤样在Ⅲ和Ⅴ阶段加载时的不可恢复变形。同时，为了对比分析由于孔裂隙压缩变形排出游离气体和煤基质解吸行为排出游离气体的量，采用不吸附性气体(He)和吸附性气体(CH4)进行对比试验，并使煤样在不同气体介质下加载路径相同且发生的变形规律一致。
图3 煤样加载路径
Fig.3 Loading path of coal sample
试验的Ⅲ和Ⅴ阶段，在相同加载路径和变形特征的前提下，孔裂隙变形排出的游离气体体积相同，由于He气为不吸附性气体，而CH4为吸附性气体，因此，在加载过程中煤基质的CH4解吸量等于Ⅴ阶段中CH4析出量减去Ⅲ阶段中He气的析出量。
2 不同应力状态下含瓦斯煤的解吸规律
在煤层采动影响下，煤受载的应力状态在不断发生变化，应力对煤吸附能力的显著影响，必然导致煤在不同的应力下发生吸附/解吸状态的改变。为探讨受载煤样在不同应力下的解吸涌出规律，按照1.2节中的试验方法，从受载煤样的瓦斯解吸累积量及其解吸速率2个方面分析不同应力状态下含瓦斯煤的解吸涌出规律。
2.1 应力对煤样瓦斯解吸累积量的影响分析
受载煤样的等温吸附特征可以较好地用Langmuir方程来描述，即
(1)
式中：Q为气体吸附量，mL/g；a为最大吸附量，mL/g；b为Langmuir常数，Pa-1；P为孔隙压力，Pa。
因此，尝试用Langmuir型瓦斯解吸量随时间变化的关系式[32]来表征不同应力状态下煤样的瓦斯解吸累积量
(2)
式中：Qt为t时刻的瓦斯累积解吸量，mL/g；t为解吸时间，s；A为瓦斯极限解吸量，mL/g；B为解吸速率常数。
等温解吸试验测得了在不同应力状态下煤样的瓦斯解吸累积量数据，对瓦斯解吸量数据按照式(2)进行拟合分析得到了不同应力下煤样的瓦斯极限解吸量，绘制了不同应力下煤样的等温解吸曲线及瓦斯极限解吸量变化曲线如图4和图5所示。
图4 不同应力下煤样等温解吸曲线
Fig.4 Isothermal desorption curves of coal samples under different stress
图5 煤样极限解吸量随应力变化
Fig.5 Limit desorption of coal samples with stress
对比分析图4和图5可知：①煤样解吸的过程，随着煤样所受应力逐渐增大，煤样解吸曲线在初始阶段出现了交叉，但是总体上在吸附等量瓦斯的情况下，随着应力的增加其60 min解吸累积量是增大的。②煤样在所受轴向应力从0 增加至15 MPa时，拟合分析得到的煤样的极限解吸量从20.037 4 mL/g增加至26.541 5 mL/g，轴向应力的逐渐增大对煤样的解吸起到了明显的促进作用。
2.2 应力对煤样瓦斯解吸速率的影响分析
煤中瓦斯解吸开始阶段其解吸量与时间可用幂函数表示，因此，受载煤样的瓦斯解吸速率按照下式进行拟合分析
V=V1tkt
(3)
式中：V为解吸时间为t时的单位质量瓦斯解吸速率，mL/(g·min)；V1为解吸时间为1 min时的单位质量瓦斯解吸速率，mL/(g·min)；kt为瓦斯解吸过程中的解吸速率衰减指数。
等温解吸试验测得了不同应力状态下煤样的瓦斯解吸速率数据，得到了不同应力下解吸时间为1 min时的瓦斯解吸初始速率V1，并根据解吸数据按照式(3)进行拟合分析，得到了不同应力下煤样的解吸速率衰减指数kt，分别绘制了不同应力下单位质量煤样的瓦斯解吸速率、瓦斯解吸初始速率V1和解吸速率衰减指数kt的变化曲线，如图6—图8所示。其中，图6是实测的不同应力下煤样解吸速率的变化曲线；图7是单位质量煤样解吸初始速率V1
图6 不同应力下单位质量煤样解吸速率变化
Fig.6 Variation of coal samples desorption rate under different stress
图7 单位质量煤样解吸初始速率随应力变化
Fig.7 Coal samples initial desorption rate with stress
图8 煤样解吸速率衰减指数随应力变化趋势
Fig.8 Coal samples desorption rate decay exponent with stress
(实测第1 min内解吸量)随应力变化曲线；图8是不同应力下煤样的实测解吸数据按照式(3)拟合计算得到的解吸速率衰减指数变化趋势。
通过对图6至图8进行分析可得：①煤样所施加的轴向应力越大，其单位质量瓦斯解吸初始速率越大，但在试验中由于测试仪表等因素的影响，导致了煤样瓦斯解吸速率的波动；②煤样在不同的应力下第1 min内的解吸量及1 min时的单位质量瓦斯解吸速率V1整体上随着应力增加呈现指数关系的增大趋势；③煤样在不同应力下解吸速率衰减指数kt随着应力增加变化不大，解吸速率衰减指数总体上呈现出增大的趋势。
以上试验结果说明，煤样在吸附等量瓦斯气体的情况下，随着施加应力的逐渐增大瓦斯解吸累积量逐渐增大，同时瓦斯解吸初始速率呈指数关系逐渐增大，由此，应力作用促进了煤样的瓦斯解吸。
3 恒吸附压力下的应力解吸响应特征
按照图3中的加载路径，煤样经多次预压变形后其不可逆的变形已经最小化。在不同吸附性气体作为吸附剂的条件下，对煤样进行吸附饱和加载响应特征试验，得到单位质量煤样不同吸附性气体介质的析出量变化曲线，如图9所示。
图9 不同吸附性气体析出量对比
Fig.9 Comparison of different adsorbent gas evolution
由图9中煤样在不同吸附性气体介质的析出量变化曲线可以得：
1)随着轴向应力的增加，煤样的孔隙体积受到压缩，在第Ⅲ阶段(He气介质)时析出的气体主要是由于孔隙压缩后排出的游离态He气，其析出特征是加载过程中析出气体，加载完成后稳定过程无气体析出。
2)煤样加载第Ⅲ阶段(He气介质)，煤样所受轴向应力从3 MPa加载到9 MPa的过程中析出He气为0.25 mL/g，从9 MPa加载到12 MPa的过程中析出He气为0.13 mL/g，从12 MPa加载到15 MPa的过程中析出He气为0.10 mL/g，在轴向应力增加的过程中He气析出量变化曲线斜率较小，加载过程中气体析出量较少。
3)煤样加载第Ⅴ阶段(CH4介质)，煤样吸附平衡后的吸附量为13.28 mL/g；煤样所受轴向应力从3 MPa加载到9 MPa后及稳定的过程中析出CH4气为1.72 mL/g，从9 MPa加载到12 MPa后及稳定的过程中析出CH4气为0.85 mL/g，从12 MPa加载到15 MPa后及稳定的过程中析出CH4气为0.54 mL/g，在轴向应力增加的过程中甲烷气体析出量变化曲线斜率较大，甲烷气体析出量较大。
4)在第Ⅴ阶段(CH4介质)时，CH4气体的析出伴随了每次加载和加载结束稳定的全过程，且在每个加载的应力水平CH4气体析出量均大于He气析出量。
5)在第Ⅴ阶段析出的CH4气体体积包括煤样压缩孔隙体积排出的游离态CH4气体和应力影响煤样吸附性能导致煤基质解吸排出的CH4气体。
为了分析在第Ⅴ阶段(CH4介质)时煤样受应力影响的气体析出过程，针对在加载路径中的3个应力水平(3～9 MPa、9～12 MPa、12～15 MPa)，监测并得到了3次加载过程中煤样析出的CH4气体累积量随时间变化曲线，如图10所示。
图10 加载过程中CH4析出累积量随时间变化
Fig.10 Cumulative amount of CH4 precipitation during loading process changes with time
由图10分析可以看出，在煤样加载的第Ⅳ阶段(CH4介质)中：
1)CH4气体介质时煤样析出气体量随稳定时间的推移而增加，但并没有呈现连续排出情形，而是台阶式分阶段析出。
2)应力影响下CH4气体的台阶式分阶段析出与煤基质的解吸扩散能力有关；同时，三轴应力室内孔隙压力积蓄到一定值时回压阀活塞才能打开，气体才能继续排出。
3)不同吸附性气体的应力解吸响应特征试验中，随着煤样加载次数和稳定时间的推移，不同吸附性气体的析出量逐渐减少。
综上所述，应力是影响煤吸附能力的重要因素之一，应力作用明显诱导了煤样的解吸行为，导致相同条件下煤样的吸附能力降低。
4 应力对含瓦斯煤解吸涌出特征的影响机制分析
煤作为多孔弹性固体介质，其结构的压缩通常是孔隙体积缩小和煤骨架体积减小的结合，且受孔隙度的影响很大[33]，深部开采煤层除了受地应力影响外，采掘过程中的动态应力变化直接影响煤层的孔隙度，直接控制煤层瓦斯赋存环境，并影响煤层瓦斯的解吸涌出特征。
通过上述试验分析，当含瓦斯煤体所受应力增大时其瓦斯解吸累积量和解吸的初始速率是增大的，且试验证明应力作用促进了煤体的瓦斯解吸行为，分析其解吸涌出的作用机制主要有：
1)煤的微裂隙大孔隙被压缩排出游离瓦斯。当煤体受到应力作用时，使煤体的宏观微裂隙、大孔隙等压缩变形，应力越大压缩变形越显著；煤体孔隙率的降低，导致孔隙间的游离气体被压缩并迅速排出，是导致煤样瓦斯解吸累积量和初始解吸速率增大的主要原因之一。
2)应力作用煤体吸附能力降低，促进了吸附瓦斯的解吸。深部开采时煤层的应力状态为静水压力状态[34]，应力变化改变了煤基质表面分子吸附脱附瓦斯气体的能量关系，随着应力的增大煤体吸附平衡时的气体表面覆盖率大幅降低，从而大幅减小了其表面的气体吸附浓度，应力作用降低了单位质量煤基质的吸附能力[23-24]，导致在应力增大时煤体解吸出更多的瓦斯气体；同时，大量游离气体在煤与瓦斯突出发生时随着煤体异常涌出，这也是突出发生后突出点附近受应力集中影响区域煤的瓦斯含量大幅减低的原因之一。
3)应力作用影响了煤层瓦斯的赋存及流动。应力作用导致煤层瓦斯赋存状态和孔隙体积减小，孔隙间以及裂隙间的瓦斯运移通道减小，如图11中的原通道宽度B1减小为B2[35]，运移通道的减小成为了瓦斯解吸渗流的阻力，抑制了瓦斯向煤体外的渗流和运移，随着孔隙体积的压缩孔隙压力升高，增加了煤层瓦斯渗流的压力差。
图11 应力集中前后孔裂隙通道变化
Fig.11 Change of pore fissure channel before and after stress concentration
4)深部开采应力控制瓦斯灾害的发生。深部开采煤层在地应力和采动应力的综合作用下通常存在局部的应力集中区。应力集中导致孔隙率减小，瞬间瓦斯涌出量增大，应力作用降低煤的吸附能力，部分吸附态瓦斯转变为游离态，共同导致游离气体的浓度和孔隙压力的升高，在浓度差和压力差的共同作用下，应力集中区域内煤的瓦斯解吸初速率较大，但随着解吸时间的推移，瓦斯解吸涌出的累积量较大，在应力集中区易导致煤层瓦斯的异常涌出。
煤的解吸累积量和解吸初速率并不随着应力的增加而线性增大，这是因为在煤体吸附能力降低和孔隙受压缩的同时，气体流动通道也被压缩，抑制瓦斯的渗流和运移。实际上煤的解吸涌出特征是由多种因素综合作用的结果，因此，在发生煤与瓦斯突出前，由于突出区域附近应力集中，既增加了决定瓦斯涌出的游离瓦斯源，同时对气体流动运移通道也产生了压缩效应，导致突出事故发生前夕，突出区域内煤层瓦斯涌出量忽大忽小，该现象已成为预测煤与瓦斯突出事故发生的前兆之一。
5 结 论
1)在深部煤层开采时地应力以及采掘应力直接影响含瓦斯煤的解吸能力，决定了应力集中区煤层瓦斯的涌出特征。
2)在吸附等量瓦斯气体的情况下，煤的瓦斯解吸累积量、解吸初始速率均随着应力增加逐渐增大，由此，应力作用促进了煤样的瓦斯解吸。
3)应力是影响煤吸附能力的重要因素之一，通过恒吸附压力下煤样瓦斯解吸的应力响应试验，验证了应力作用会明显诱导煤样的解吸行为，导致相同条件下煤样的吸附能力降低。
4)深部开采时地应力的升高和剧烈开采扰动的持续作用，通常形成新的应力集中，导致瓦斯解吸涌出的不均衡性，这是深部开采时应力主导型的突出事故和冲击-瓦斯复合动力灾害发生的根本原因之一，这类灾害的预测与防治将是煤矿安全事故预防的重点。
[1] LIU J,CHEN Z,ELSWORTH D,et al. Evolution of coal permeability from stress-controlled to displacement-controlled swelling conditions[J]. Fuel,2011,90(10):2987-2997.
[2] 陈刘瑜，李希建，毕 娟，等.黔北构造煤与原生结构煤解吸初期特征研究[J].煤炭科学技术,2019,47(2)：107-113.
CHEN Liuyu,LI Xijian,BI Juan,et al.Study on characteristics of initial desorption of tectonic coal and primary structural coal in northern Guizhou[J].Coal Science and Technology，2019，47(2)：107-113.
[3] 高 正，马东民，陈 跃，等.含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸特征的影响[J].煤炭科学技术,2020,48(8):97-105.
GAO Zheng,MA Dongmin,CHEN Yue,et al. Effect of water content on adsorption/desorption of methane of different macroscopic lithotypes[J]. Coal Science and Technology,2020,48(8):97-105.
[4] 牟俊惠,程远平,刘辉辉.注水煤瓦斯放散特性的研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29(5):746-749.
MOU Junhui,CHENG Yuanping,LIU Huihui. Research on gas diffusion characteristics of injected water coal[J]. Journal of Mining and Safety Engineering,2012,29(5):746-749.
[5] 刘彦伟,刘明举.粒度对软硬煤粒瓦斯解吸扩散差异性的影响[J].煤炭学报,2015,40(3):579-587.
LIU Yanwei,LIU Mingju. Effect of particle size on difference of gas desorption and diffusion between soft coal and hard coal[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(3):579-587.
[6] 秦 雷,林海飞,兰世瑞,等.低温液氮作用下煤体瓦斯吸附特性试验研究[J].煤炭科学技术,2020,48(10):105-112.
QIN Lei,LIN Haifei,LAN Shirui,et al. Experimental study on coal gas adsorption characteristics under action of low temperature liquid nitrogen[J]. Coal Science and Technology,2020,48(10):105-112.
[7] 秦玉金.地勘取芯过程中煤的瓦斯解吸规律研究[J].山东科技大学学报(自然科学版),2011,30(5):1-5.
QIN Yujin. Desorption regularity of gas in coal in the process of exploration coring[J]. Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2011,30(5):1-5.
[8] 马东民,高 正,陈 跃,等.不同温度下低、中、高阶煤储层甲烷吸附解吸特征差异[J].油气藏评价与开发,2020,10(4):17-24.
MA Dongmin,GAO Zheng,CHEN Yue,et al. Differences in methane adsorption and desorption characteristics of low,medium and high rank coal reservoirs at different temperatures[J]. Reservoir Evaluation and Development,2020,10(4):17-24.
[9] 李成武,雷东记.静电场对煤放散瓦斯特性影响的实验研究[J].煤炭学报,2012,37(6):962-966.
LI Chengwu,LEI Dongji. Experimental research of the influence of static electric field on the characteristics of coal gas emission[J]. Journal of China Coal Society,2012,37(6):962-966.
[10] 聂百胜,何学秋,王恩元,等.电磁场影响煤层甲烷吸附的机理研究[J].天然气工业,2004,24(10):32-34.
NIE Baisheng,HE Xueqiu,WANG Enyuan,et al. Research on the mechanises of the influence of electromagnetic field on coalbed methane adsorption[J]. Natural Gas Industry,2004,24(10):32-34.
[11] 姜永东,宋 晓,刘 浩,等.大功率声波作用下煤层气吸附特性及其模型[J].煤炭学报,2014,39(S1):152-157.
JIANG Yongdong,SONG Xiao,LIU Hao,et al. Adsorption model and law of methane under the effect of high-power acoustic wave[J]. Journal of China Coal Society,2014,39(S1):152-157.
[12] 李树刚,赵 勇,张天军.基于低频振动的煤样吸附/解吸特性测试系统[J].煤炭学报,2010,35(7):1142-1146.
LI Shugang,ZHAO Yong,ZHANG Tianjun. Test systems of the coal sample adsorption/desorption characteristics based on low-frequency vibration[J]. Journal of China Coal Society,2010,35(7):1142-1146.
[13] 胡国忠,朱怡然,李志强.可控源微波场促进煤体中甲烷解吸的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2017,36(4):874-880.
HU Guozhong,ZHU Yiran,LI Zhiqiang. Experimental study on desorption enhancing of methane in coal mass using a controlled microwave field[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2017,36(4):874-880.
[14] 李云波,张玉贵,张子敏,等.构造煤瓦斯解吸初期特征实验研究[J].煤炭学报,2013,38(1):15-20.
LI Yunbo,ZHANG Yugui,ZHANG Zimin,et al. Experimental study on gas desorption of tectonic coal at initial stage[J]. Journal of China Coal Society,2013,38(1):15-20.
[15] 葛燕燕,秦 勇,傅雪海,等.不同粒径煤样常压与带压解吸对比试验研究[J].中国矿业大学学报,2015,44(4):673-678.
GE Yanyan,QIN Yong,FU Xuehai,et al. Comparative experimental study of atmospheric pressure desorption and methane pressure desorption among coal samples of different particle sizes[J]. Journal of China University of Mining & Technology(Social Science),2015,44(4):673-678.
[16] JR P L W,VERMA S K,RIVERA-UTRILLA J,et al. A direct measurement of expansion in coals and macerais induced by carbon dioxide and methanol[J]. Fuel,1988,67(5):719-726.
[17] VIETE D R,RANJITH P G. The effect of CO2,on the geomechanical and permeability behaviour of brown coal:Implications for coal seam CO2,sequestration[J]. International Journal of Coal Geology,2006,66(3):204-216.
[18] PONE J D N,HALLECK P M,MATHEWS J P. Sorption capacity and sorption kinetic measurements of CO2 and CH4 in confined and unconfined bituminous coal[J]. Energy & Fuels,2009,23(9):4688-4695.
[19] HILE M L. CO2 sorption by pittsburgh-seam coal subjected to confining pressure[D]. University Park:The Pennsylvania State University,2006.
[20] HEIDUG W K,WONG S. Hydration swelling of water-absorbing rocks:a constitutive model[J]. International Journal for Numerical & Analytical Methods in Geomechanics,2015,20(6):403-430.
[21] BAER D R,THOMAS M T,JONES R H. Influence of stress on H2S adsorption on iron[J]. Metallurgical Transactions A,1984,15(5):853-860.
[22] FEUERSTEIN S,JOHN I W. Stress-induced desorption from aluminum,magnesium,and molybdenum[J]. Journal of Applied Physics,1969,40(8):3334-3339.
[23] HOL S,PEACH C J,SPIERS C J. Applied stress reduces the CO2 sorption capacity of coal[J]. International Journal of Coal Geology,2011,85(1):128-142.
[24] HOL S,PEACH C J,SPIERS C J. Effect of 3-D stress state on adsorption of CO2 by coal[J]. International Journal of Coal Geology,2012,93(1):1-15.
[25] LIU J,SPIERS C J,PEACH C J,et al. Effect of lithostatic stress on methane sorption by coal:theory vs.experiment and implications for predicting in-situ coalbed methane content[J]. International Journal of Coal Geology,2016,167:48-64.
[26] 李小春,付 旭,方志明.有效应力对煤吸附特性影响的试验研究[J].岩土力学,2013,34(5):1247-1252.
LI Xiaochun,FU Xu,FANG Zhiming. Experimental study of influence of effective stress on coal adsorption performance[J]. Rock and Soil Mechanics,2013,34(5):1247-1252.
[27] 何满潮,王春光,李德建,等.单轴应力-温度作用下煤中吸附瓦斯解吸特征[J].岩石力学与工程学报,2010,29(5):865-872.
HE Manchao,WANG Chunguang,LI Dejian,et al. Desorption characteristics of adsorbed gas in coal samples under couplin temperature and uniaxial compression[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29(5):865-872.
[28] 唐巨鹏,潘一山,李成全,等.三维应力作用下煤层气吸附解吸特性实验[J].天然气工业,2007,27(7):35-38.
TANG Jupeng,PAN Yishan,LI Chengquan,et al. Experimental study of adsorption and desorption of coalbed methane under three-dimensional stress desorption[J]. Natural Gas Industry,2007,27(7):35-38.
[29] 聂百胜,卢红奇,李祥春,等.煤体吸附-解吸瓦斯变形特征实验研究[J].煤炭学报,2015,40(4):754-759.
NIE Baisheng,LU Hongqi,LI Xiangchun,et al. Experimental study on the characteristic of coal deformation during gas adsorption and desorption process[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(4):754-759.
[30] 梁 冰,石迎爽,孙维吉,等.考虑压力作用的煤吸附/解吸CH4变形试验研究[J].实验力学,2014,29(2):215-222.
LIANG Bing,SHI Yingshuang,SUN Weiji,et al. Experimental study of coal deformation produced by CH4 adsorption desorption taking into account pressure influence[J]. Journal of Experimental Mechanics,2014,29(2):215-222.
[31] 吕祥锋,潘一山,刘建军,等.孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究[J].岩土力学,2010,31(11):3447-3451.
LYU Xiangfeng,PAN Yishan,LIU Jianjun,et al. Experimental study of effect of pore pressure on desorption deformation of coal matrix[J]. Rock and Soil Mechanics,2010,31(11):3447-3451.
[32] QIN Yueping,WANG Yaru,YANG Xiaobin,et al. Experimental study on dynamic gas adsorption[J]. International Journal of Mining Science and Technology,2012,22(6):761-765.
[33] BUSCH A,GENSTERBLUM Y. CBM and CO2-ECBM related sorption processes in coal:a review[J]. International Journal of Coal Geology,2011,87(2):49-71.
[34] 谢和平,高 峰,鞠 杨.深部岩体力学研究与探索[J].岩石力学与工程学报,2015,34(11):2161-2178.
XIE Heping,GAO Feng,JU Yang. Research and development of rock mechanics in deep ground engineering[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2015,34(11):2161-2178.
[35] 李增学.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2009.
