1、煤層氣的高效和安全開采，既可以防治礦井瓦斯災害的發(fā)生，又可以提高能源的利用效率。
　　 針對采用過熱水或過熱水蒸氣，加熱煤層開采煤層氣的施工方案和工藝，本文進行了較小煤試樣的細觀滲流試驗研究、不同溫度和水壓作用下大尺寸煤試樣對瓦斯的吸附解吸試驗研究、毛細管中水和甲烷的運移機理研究以及相應的數(shù)值模擬研究。對既定方案所涉及到的水-熱耦合作用下煤體瓦斯的吸附解吸機理，進行了較系統(tǒng)的研究，主要得到以下結論：
　　 1)成功研制用

2、于固體-氣、液二相流體滲流的細觀試驗裝置，可以進行煤在顯微CT觀測下的吸附甲烷和高壓注水試驗，及其相應的觀測和分析。通過對2mm×2.5mm×10mm的煤試樣進行CT觀測后得出，煤試樣吸附甲烷后，相同區(qū)域、相同閾值的孔隙率下降約3％，但是隨著吸附壓力的進一步增加，孔隙率下降的趨勢不明顯。煤試樣在高壓注水后，相同區(qū)域、相同閾值的孔隙率下降約4％，但是隨著注水壓力的進一步增加，孔隙率下降的趨勢不明顯，并且卸載水壓后，孔隙率仍會呈現(xiàn)微量的降低

3、。
　　 2)采用自主研制的吸附-注水-解吸成套試驗系統(tǒng)，進行了原位取芯得到的含瓦斯煤樣在高壓注水后的恒溫(20℃)解吸特性試驗，結果表明：含瓦斯煤樣未注水時的自然解吸規(guī)律，與實際礦井的瓦斯涌出規(guī)律相近。水對含瓦斯煤樣的解吸能力影響較大，等吸附平衡壓力的水壓注入含瓦斯煤樣中，其解吸量只有自然解吸時的50％～70％，得到終態(tài)解吸率隨注水壓力變化的函數(shù)關系式。不同注水壓力的解吸試驗中，得到解吸率隨時間變化的函數(shù)關系式，其影響因素主要

4、是文中所定義的解吸時間效應臨界值t0，注水壓力越高，t0值越大。結合煤試樣的孔隙分布規(guī)律，計算得出煤在不同水壓作用下，水能夠進入到煤中的臨界孔隙尺度，此值越小，解吸率越低，推導得出煤體瓦斯解吸率與吸附平衡瓦斯壓力和煤的孔隙分布相關的函數(shù)關系式。
　　 3)通過含瓦斯煤樣在高壓注水后的升溫(30～110℃)解吸特性試驗得出，注水后的煤樣，瓦斯的解吸能力隨著溫度的上升逐漸增強，一旦達到或超過水的沸點后，解吸會發(fā)生突變。升溫至90℃時

5、，含瓦斯煤樣在8MPa壓力注水后的解吸率，要高于未注水自然解吸時的解吸率。得到解吸率隨溫度變化的函數(shù)關系式，與流體活性及表面吸附勢有關。
　　 4)通過高壓注水后煤樣的恒溫吸附瓦斯特性試驗得出，相同初始吸附壓力下，煤樣的吸附速率隨含水率的增加有不同程度的降低；相同時間內(nèi)的吸附量，亦隨含水率的增加而減少。得到終態(tài)吸附量和含水率之間，呈現(xiàn)一定的相關性。
　　 5)通過煤樣的高溫(30～270℃)吸附-解吸特性試驗得出，定容吸

6、附實驗中吸附量的下降速率隨溫度的升高逐漸降低，吸附平衡壓力的上升速率隨溫度的升高逐漸增大；而定壓吸附實驗中吸附量的下降速率始終隨溫度的升高而逐漸增大。得到在實驗溫度(30～270℃)、氣體壓力(≤7MPa)的范圍內(nèi)，煤對甲烷的吸附始終是第一類吸附，并且在恒溫條件到達一定壓力時，會出現(xiàn)吸附極限。得到單分子層吸附模型中的吸附參數(shù)a、b均隨溫度的升高呈現(xiàn)負指數(shù)規(guī)律的衰減，微觀上表現(xiàn)為煤表面可吸附氣體的吸附位活性隨著溫度的升高逐漸降低。

7、　　 6)以單一毛細一端封閉一端開口的煤壁毛細管為研究對象，得到水進入到煤中孔隙的孔徑臨界關系式，其作用機理：一是卸載水壓之后，封閉管內(nèi)的氣體會推動毛細管中的水柱向外運動，因此，此時的管內(nèi)氣體壓力會大于水柱產(chǎn)生的毛細管力；二是在管內(nèi)的毛細管水柱不完全排出的前提下，會達到一個氣液的平衡。并且得到溫度作用下水-氣流動的相變規(guī)律的不等關系式，說明了水的相變點是一個臨界點，低于此值仍然是二相流的狀態(tài)，而一旦高于此值，就轉變?yōu)橐幌嗔鳎纯梢詫Υ?/p>

8、進行單相甲烷氣體流動的滲流解吸特性研究。
　　 7)建立了溫度作用下煤中甲烷-水的耦合流動數(shù)學模型，此模型由含瓦斯煤樣注水后的溫度作用方程、氣-水各自流動的運動方程以及連續(xù)性方程組成。
　　 8)通過對不同尺度、不同孔隙率下的微觀孔隙級煤試樣進行的數(shù)值試驗，得出：相同的初始外界水壓力下，試樣的內(nèi)部氣體壓力越大，水滲流的區(qū)域越小，水壓/氣壓=2時的滲流區(qū)域大約是無氣體壓力時的2/3。對于薄板模型，恒溫條件下，相同孔隙率模型

9、的滲流速率與所選擇的試樣的尺度有關；相同尺度模型的滲流速率與模型孔隙率的大小有關。對于立方模型，滲流速率與試樣尺度的關系不大。
　　 9)數(shù)值試驗中，隨著溫度的上升，氣體逐漸侵占原先水滲流的孔隙單元，而且溫度到達一定值后，氣體幾乎會全部占據(jù)所有孔隙單元，并且水壓/氣壓=10時所需要的溫度值大約在240～270℃之間，而水壓/氣壓=5時所需要的溫度值只有120～150℃左右。擬合得出，氣體滲流區(qū)域百分比隨溫度變化，呈現(xiàn)良好的線性相