张波 谢雄刚 刘锦伟

摘 要：为了进一步加深高温条件下瓦斯吸附解吸的动力学认识，本文以贵州省松河煤矿突出煤样为研究对象，开展了系列温度（40 ℃、50 ℃、60 ℃）和系列压力（1 MPa、1.5 MPa、2 MPa）下的吸附解吸试验，分析了瓦斯解吸量、解吸速度和加速度随时间变化的规律，得出结论：随着温度升高，吸附常数a值逐渐升高，b值略微减小，说明升温极易促进瓦斯解吸，且随着时间的推移解吸速率和加速度逐渐减小。从分子动力学角度，阐述了升温促进瓦斯解吸的机理。验证了煤对瓦斯的吸附是放热过程，解吸是吸热过程，升温促进了瓦斯的解吸作用，抑制了煤对瓦斯的吸附作用。

关键词：高温;突出煤层;解吸速度;分子动力学;吸附解吸试验

中图分类号：TD712.1

文献标识码： A

煤炭被誉为工业的粮食，对国民经济的发展起着重要的作用，也是我国最重要的基础能源之一，煤炭在所有能源中占到65.7%，预计2050年仍将占到50%以上[1-2]。然而，我国70%以上的煤系地层为低透气性煤层，其瓦斯渗透率一般为0.1～10 mD，这一特点决定了我国多数矿井属于难抽采矿井[3]。随着开采深度的增加，在反应热、地热等自然因素的影响下，煤层温度增加，加上采掘活动引起的煤层地质结构变化等多种因素，使得瓦斯在煤中的赋存状态不稳定，吸附和解吸状态随时变化，导致煤体中瓦斯压力分布不均匀，如果煤岩稳定性差时就可能出现破坏性的突出事故[4-5]，因此，研究高温条件下瓦斯的解吸原理对防治煤矿瓦斯事故具有重要意义。

温度对瓦斯在煤中的吸附解吸有显著影响，国内外学者做了大量研究，张天军[6]研究得到升高温度会使煤体瓦斯吸附量减小，该规律还与平衡压力有关，平衡压力越大变化越显著。李波波等[7]研究了水-热耦合下的三轴渗流试验，得出温度比含水率对瓦斯渗透率影响更大;马东民等[8-9]试验发现，瓦斯的解吸过程略微滞后于吸附过程，本文通过高温条件下瓦斯吸附解吸试验，试图解释温度对瓦斯在煤层中的吸附解吸影响机理。

1 试验方案

1.1 制取煤样

贵州省煤矿多处于地质条件复杂的山区地带，煤层透气性系数较低（8.7×10-6  mD），动力灾害危险性大，瓦斯含量高（10～39.89 m3/t）。试验选取了贵州省具有代表性的位于六盘水高突瓦斯带的松河煤矿突出煤样，进行系列温度点、系列充气压力下瓦斯吸附量、解吸量、解吸速率及其相关试验的研究，煤样工业分析结果如表1所示。

5 结论

（1）进行了瓦斯高温吸附解吸试验，通过比较瓦斯解吸量、解吸速度和解吸加速度，得出升高温度极易促进瓦斯解吸，随着时间的推移解吸速率逐渐减小。

（2）从煤分子和瓦斯分子间作用力的原理，阐述了升温促进瓦斯解吸的机理。

（3）验证了煤对瓦斯的吸附是放热过程，瓦斯解吸是吸热过程，温度升高促进了瓦斯的解吸作用，抑制了煤对瓦斯的吸附作用。

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（责任编辑：周晓南）