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摘要
CH4/N2吸附–解吸–扩散–渗流特性是衡量瓦斯抽采能力、注氮驱替瓦斯效果的重要指标。为研究CH4/N2吸附–解吸–扩散–渗流规律及试验全流程煤体变形特征，开展CH4/N2吸附–解吸–渗流试验，分析气体吸附–解吸–渗流与煤体变形的时效性特征，明确气体体积分数对气体吸附–解吸–渗流及煤体变形的影响规律，厘清气体吸附量–解吸量–渗流量与煤体变形的定量关系，探讨煤体变形时空特性和各向异性特征，建立CH4/N2吸附–解吸–渗流试验全流程煤体应变模型。结果表明：相同吸附压力下，纯N2吸附/解吸量最少，吸附/解吸平衡时间最短；随着混合气体中CH4体积分数增大，气体吸附/解吸量增加，吸附/解吸平衡时间延长；纯CH4吸附/解吸量最多，吸附/解吸平衡时间最长。纯N2渗流量最大，随着混合气体中CH4体积分数增大，气体渗流量减小，纯CH4渗流量最少。原煤吸附–解吸–渗流CH4/N2产生的变形具有时效性、空间性及各向异性。CH4,N2扩散系数与其分压呈线性、一元二次函数关系。煤体轴向/环向吸附应变、解吸应变分别与气体体积分数呈一元一次、一元二次函数关系；轴向/环向渗流应变分别与气体体积分数呈一元一次、一元三次函数关系。煤体轴向/环向应变与气体吸附量、解吸量、渗流量依次呈一元二次、一元一次、一元二次函数关系。煤体吸附–解吸–渗流气体过程所受应力涵盖吸附态气体对煤基质的膨胀应力、游离态气体对煤基质的压缩应力、游离态气体对微孔裂隙的膨胀应力。综合考虑2种状态气体的3种变形作用，建立了吸附–解吸–渗流CH4/N2试验全流程的煤体应变模型。
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