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瓦斯（甲烷与二氧化碳）灾害是制约煤矿安全生产的重要因素,通过向煤层中注入其他气体从而促进煤层瓦斯的加速流动,提高煤层气产出率,即ECBM与CO2-ECBM,为煤矿井下瓦斯抽采提供了新的技术手段与应用模式。基于此,众多学者开展了注二氧化碳或氮气驱替煤层瓦斯的机理及井下试验研究,大部分实验都验证了多元气体（CO2-CH4,N2-CH4）存在竞争吸附（或置换吸附）,现场工程试验也考察了注气驱替技术的可行性与有效性。对以往的研究分析可以发现,研究主要集中在竞争吸附这一“静态”行为,对注气驱替“注气-产气”动态流动过程中的气体双向扩散规律研究基本很少关注,为了填补这一研究的空白,本文的主要研究内容和研究成果包括:采集了 4种不同煤阶的煤样,开展了不同压力下的吸附-解吸扩散实验。比较了单孔扩散模型、双孔扩散模型以及弥散扩散模型的适用性并计算扩散系数,结果表明,对于所有实验煤体,双孔扩散模型与弥散扩散模型比单孔扩散模型能更好的拟合实验结果。对于双孔扩散模型,大多数实验煤体的快速扩散系数Dae随着压力的增大而减小,个别煤体Dae随压力增大呈现V型变化;对于所有实验煤体,低速扩散系数Die随压力增大而增大;β是煤体的固有属性,保持不变。对于弥散扩散模型,随着压力增大,特征速率参数kφ基本保持不变,拉伸参数α逐渐增大;Dae、Die与kφ较好的线性关系表明,它们都可以反映瓦斯在煤中的扩散速率。采用自主研发的气体双向扩散实验装置开展了单向扩散与双向扩散实验,结果表明,对于单一气体单向扩散,同一种气体,吸附平衡压力越大,排放时间越长,总排放量与解吸量越大。同一吸附平衡压力条件下,二氧化碳的排放时间要长于甲烷,总排放量与解吸量也均大于甲烷。对于氮气驱替二氧化碳或氮气驱替甲烷,随着实验压力的增大,氮气的突破时间逐渐延长,驱替时间逐渐增加,二氧化碳总排放量与解吸量也随之递增。与单向扩散实验结果相比较,在同等吸附平衡压力下,氮气驱替二氧化碳过程中,二氧化碳总排放量提高了 1.31～1.66倍,解吸量提高了 1.69～2.1倍;氮气驱替甲烷过程中,甲烷总排放量提高了 1.42～1.59倍,解吸量提高了 2.22～2.46倍。这说明注入的氮气能够置换煤体内常压条件下难以解吸的瓦斯,起到“驱替”的效果。弥散扩散模型的拟合效果要优于双孔扩散模型,随着驱替压力的增大,二氧化碳与甲烷的特征速率参数kφ都逐渐减小,拉伸参数α没有明显的变化。采用瓦斯扩散模型的数值解法,计算单一气体单向扩散与二元气体双向扩散的扩散系数,分析了扩散模型数值解法的适用性。对于单向扩散与双向扩散,双孔扩散模型Ⅰ与双孔扩散模型Ⅱ的拟合效果要优于单孔扩散模型,双孔扩散模型Ⅰ与双孔扩散模型Ⅱ的拟合效果基本接近。无论是单孔扩散模型、双孔扩散模型Ⅰ、还是双孔扩散模型Ⅱ,对应的扩散系数均随着驱替压力的增大而增大。函数y=Ax/B+x能很好的描述压力与Da1、Di1的关系。采用弥散扩散模型解析解计算可能误解了压力对双向扩散的影响。同一压力条件下,二氧化碳、甲烷单向扩散的扩散系数(Da1、Di1)均大于双向扩散。注入的氮气在向煤体内部“扩散-吸附”的过程中一定程度上降低了煤体预吸附的二氧化碳或甲烷向外“解吸-扩散”的速率,但只要保证足够的驱替时间,促排效率就能得到很大提高。以煤体双重孔隙结构为依据,在全面分析注气驱替煤层瓦斯物理过程的基础上,建立了考虑混合气体的吸附解吸、多组分混合气体的双向扩散、多组分混合气体吸附诱导的煤体膨胀变形、煤体绝对渗透率和视渗透率的注气驱替煤层瓦斯过程的耦合数学模型。以数学模型为基础,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件模拟不同注氮压力、钻孔间距、煤层渗透率对钻孔流量、气体组分及煤层瓦斯含量的影响,模拟结果表明,注氮压力越大,钻孔间距越小,煤层渗透率越大,注氮促排的影响区域就越大。在河南碎软低渗煤层进行了井下注氮驱替工程试验,现场试验结果表明,1号试验点3个产气孔注气期间瓦斯排放量分别是常规排放量的3.46倍,2.53倍,3.29倍;1号试验点注气试验前煤层瓦斯含量为（6.07～8.36）m3/t,试验后促抽范围内瓦斯含量降到（5.41～5.76）m3/t。3个产气孔注气期间瓦斯纯量最大值分别是试验前的4.2倍,6.2倍,6.3倍。3-1组试验点2个产气孔注气期间瓦斯排放量分别是常规排放量的3.49倍,2.97倍;2个产气孔注气期间瓦斯纯量最大值分别是试验前的5.12倍,3.46倍;3-1组试验点注气试验前煤层瓦斯含量为7.56m3/t,试验后促抽范围内瓦斯含量降到（4.21～5.75）m3/t。当注气压力高于0.8MPa时,注入氮气在碎软低渗煤层中能够从注气钻孔突破至产气钻孔;随着钻孔距离增加,促抽效果起作用时间延长;随着注气压力增大,促抽混合量和纯量都有所增加,但产气浓度也随之下降;注气促抽存在“滞后效应”,停注后仍在一段时间内能够有效提升钻孔瓦斯纯流量。