煤层瓦斯是一种储量丰富的优质清洁能源,也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,而瓦斯抽采是消除瓦斯事故的主要方法。为提高瓦斯抽采量和抽采效率,常采用水力压裂、造穴、冲孔等技术对煤层进行卸压增透。虽然水力压裂等措施可使煤体内部裂隙网络贯通或煤层卸压,但由于煤是一种富含大量的毛细管结构的多孔介质,在水力压裂后期,压裂过程中进入煤体内部的水在毛细管阻力作用下无法完全返排出,滞留在孔/裂隙中,形成水锁现象,阻碍了瓦斯气体的流动,造成后续抽采过程中瓦斯的抽采量降低。为了减轻水力化技术实施过程中的水锁效应、提高瓦斯抽采量,本文以芦岭煤矿9煤层的煤为研究对象,探究了不同化学试剂改性煤样注水前后的瓦斯解吸特性。得出的主要结论如下:(1)采用浓度为3.5%的聚丙烯酰胺对煤进行改性,可实现气润湿反转;采用浓度为4%的烷基糖苷对煤进行改性,可使煤更亲水。利用红外光谱、表面能测定的方法分析了润湿性转换的机理,得出煤样经烷基糖苷改性处理后,含氧官能团增加,导致煤-水接触角减小,煤的水润湿性提高。煤样经聚丙烯酰胺改性处理后,羟基大量减少,使煤的水润湿性减弱,接触角增大,从而实现了气润湿反转。煤的表面能的变化是影响煤亲水性的因素之一,煤的表面能越高,煤越亲水,煤-水接触角越小,反之则接触角越大。而聚丙烯酰胺能降低煤的表面能,从而增大接触角,实现气润湿反转;烷基糖苷能增大煤的表面能,从而提高了煤的亲水性。(2)采用核磁共振技术测定了不同溶液在煤柱中的液相滞留效应,并基于核磁共振的实验结果分析了溶液在煤中的返排能力。结果表明,聚丙烯酰胺溶液的液相滞留解除率最高,在煤中的返排能力最强,不容易滞留在煤体内,更有利于减轻水锁效应。(3)瓦斯吸附平衡状态下注水解吸实验表明,从置换解吸量的角度分析,置换解吸不仅发生在外液侵入过程中,也发生在外液侵入后的一定时间内,气润湿反转剂与亲水性表面活性剂对置换解吸阶段水锁效应的影响与压力相关。从常压解吸量的角度分析,外液侵入瓦斯吸附平衡状态的煤,会造成水锁效应、导致煤样常压解吸量减少。采用聚丙烯酰胺改变煤样润湿性为气润湿,有利于减轻水锁;而烷基糖苷对瓦斯常压解吸的影响与压力相关。从瓦斯总解吸量的角度分析,注水能增加瓦斯总解吸量,促进瓦斯的解吸。在4种压力条件下,采用聚丙烯酰胺对煤进行改性后,瓦斯总解吸量的增长率和增长倍数相比改性前均增加,表明其能进一步促进瓦斯解吸,减轻水锁。低瓦斯压力条件下,采用烷基糖苷对煤进行改性,能促进瓦斯解吸,减轻水锁;但当瓦斯压力高时,烷基糖苷会抑制瓦斯解吸,不适合用于减轻水锁。(4)从宏观和微观角度分别分析了气润湿反转减轻水锁效应、促进瓦斯解吸的机制。宏观上,聚丙烯酰胺溶液在煤中的液相滞留效应解除率更高,不容易滞留在煤中。微观上,煤样气润湿反转后,煤表面的亲水性官能团大量减少,导致煤-水-气系统的润湿性由原来的亲水性转换为亲气性,煤的孔/裂隙结构中的毛细管压力由原来的阻力变为了驱动力,孔隙内的水相比原始煤样更易排出,从而减轻了水锁效应,促进了瓦斯的解吸。采用气润湿反转剂对煤进行改性后,介孔以及孔径大于170 nm的孔隙增加,促进了注入水的返排和瓦斯的解吸。该论文有图56幅,表15个,参考文献106篇。