当今社会发展迅速,能源的消耗量日益增多,许多化石燃料燃烧后产生的物质会对环境造成负面影响。所以,加大清洁能源在能源中的运用比例至关重要,煤层气,便是清洁能源的一种。为保证煤层气安全开采,需了解煤层气所处煤层的特性。我国煤层的特性多为松软低渗,造成煤层气抽采困难,安全性低,故本文模拟实际地层中的压力、气体环境,从煤体渗透性及力学特性入手,研究松软低渗煤层的特性。考虑到试验安全,本试验运用与甲烷同俱吸附性质的氮气代替并用不具有吸附性质的氦气作对比,采用山西柳林4号煤层的焦煤,运用试验与理论的方法,从吸附解吸、三轴应力及气体长期作用下的渗流特性及三轴应力及气体长期作用下的力学特性3个角度展开研究,得出以下几点重要结论:(1)该焦煤的纯固体密度为1.33 g/cm~3。氮气初始压力为4.329 MPa时,煤体饱和吸附量为3.20 ml/g,最大解吸量为2.59 ml/g,最大解吸率为81%;(2)在三轴应力(轴压围压均为10 MPa)及气体(6 MPa)长期作用及孔隙压为6 MPa、5 MPa的条件下,初始渗透率的演化规律与分界值有关。初渗高于该值时渗透率变化趋势为增大–减小–稳定,峰值渗透率增长幅度与初始渗透率呈负相关。初渗第于该值时渗透率变化趋势为减小–稳定。氮气环境下分界值小于氦气环境下分界值。氮气环境下试样的形变量较大。试样随着时间的推移膨胀,膨胀速率减慢。试样初渗越大,形变膨胀量越大,初渗很小的试样基本无膨胀量。氦气环境下试样的形变量变化不明显;(3)在三轴应力(轴压围压均为10 MPa)及气体(6 MPa)作用下,吸附膨胀作用、三轴应力作用及孔隙压破坏作用会影响试样渗透率及力学特性,使煤体出现松软低渗的现象。松软态主要由三轴应力作用及孔隙压破坏作用造成。氮气环境下渗透率随时间变化的增幅较小,降幅较大,所以低渗态主要由吸附膨胀作用造成。松软煤样不易被整体破坏,试样在氮气环境内因吸附而膨胀压缩裂缝,故作用因素越多,其体积应变曲线就越滞后。轴向压力介于20–30 MPa时,煤体膨胀,煤体内部的孔隙裂隙大量发育,渗透率增大,将压力保持在这个压力内,对煤层气的开采具有积极作用;(4)在三轴应力(轴压围压均为10 MPa)及气体(6 MPa)作用下,试样被三轴应力及气体长期作用对弹性模量及泊松比影响不大。