劉 勇，張東鑫 ，張宏圖 ，魏建平 ，司磊磊

(1.河南理工大學(xué) 瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南 焦作 454000；2.煤炭安全生產(chǎn)與清潔高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作 454000)

煤層氣的高效開(kāi)采能有效緩解我國(guó)能源緊張、推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，同時(shí)減少煤層氣排空，能夠大力推動(dòng)我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施。鉆井效率及井壁穩(wěn)定性是煤層氣高效開(kāi)采的重要前提。超臨界二氧化碳(SC-CO)作為極具應(yīng)用潛力的鉆井液，在提高鉆井效率及維持井壁穩(wěn)定性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。SC-CO對(duì)煤體的溶解萃取和吸附膨脹作用是提高破煤效率和鉆井效率的關(guān)鍵。但在鉆井過(guò)程中，由于煤體處于動(dòng)態(tài)揭露狀態(tài)，SC-CO與煤體接觸時(shí)間短。而接觸時(shí)間是SC-CO溶解萃取和吸附膨脹充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。在鉆井時(shí)間尺度下，明確SC-CO射流是否能夠提高破煤效率及其原因?qū)ζ涔I(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

由于SC-CO具有低黏度和高滲透性，容易進(jìn)入煤巖體微觀裂隙和孔隙內(nèi)，溶解和萃取煤中的礦物質(zhì)和有機(jī)物，改變煤體物理和力學(xué)性質(zhì)。浸泡時(shí)間是SC-CO發(fā)揮作用最重要的因素之一，其影響權(quán)重大于浸泡溫度和壓力。目前對(duì)于浸泡時(shí)間的研究多集中在長(zhǎng)時(shí)浸泡條件下。張倍寧等浸泡煤體24 h后，CO吸附引起的煤基質(zhì)膨脹和外部應(yīng)力的壓縮的耦合作用，部分孔隙變得狹窄。溶蝕的碳?xì)浠衔锖偷V物被困在孔隙和裂縫中，導(dǎo)致煤巖體的孔隙體積和比表面積分別下降了24%和12%。何立國(guó)等對(duì)浸泡7 h后的煤體進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試，由于吸附在煤體表面的超臨界CO會(huì)改變煤體表面的化學(xué)勢(shì)，煤體表面能會(huì)發(fā)生改變，表面能的改變直接影響煤體孔裂隙的改變，弱化了煤體的力學(xué)強(qiáng)度,單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量分別降低72.28%和68.04%。姜仁霞等對(duì)浸泡30 d的煤體進(jìn)行X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在超臨界CO與水中，煤中礦物發(fā)生溶解和溶解元素的遷移現(xiàn)象，石英含量增加，高嶺石、碳酸鹽礦物和黃鐵礦含量下降，導(dǎo)致煤體孔隙結(jié)構(gòu)改變。杜玉昆等發(fā)現(xiàn)超臨界CO浸泡時(shí)間越長(zhǎng)，巖心不斷膨脹，其強(qiáng)度越低，浸泡較長(zhǎng)時(shí)間后抗壓強(qiáng)度降低的趨勢(shì)減緩。煤體處于SC-CO長(zhǎng)時(shí)浸泡條件下，SC-CO與煤體充分發(fā)生反應(yīng)，溶解礦物質(zhì)并萃取有機(jī)物，使煤體孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度發(fā)生變化，能夠較大程度提高超臨界二氧化碳射流沖擊破煤效率。但在鉆井時(shí)間尺度下，SC-CO是否能夠改變煤體的孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度，從而提高沖擊破碎效率和鉆井效率尚不得而知。為此，筆者開(kāi)展了超臨界氧化碳沖擊破碎短時(shí)浸泡煤樣研究，分析了不同浸泡條件下煤體沖擊破碎特征，通過(guò)對(duì)比分析浸泡前后孔隙結(jié)構(gòu)、礦物含量和力學(xué)性質(zhì)的變化，明確短時(shí)浸泡對(duì)煤體沖擊破碎特征的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

為研究超臨界二氧化碳射流沖擊浸泡煤體破壞特征，采用超臨界二氧化碳射流對(duì)不同浸泡溫度、浸泡壓力、浸泡時(shí)間條件下的煤柱進(jìn)行沖擊，分析不同浸泡條件下煤體破碎特征。通過(guò)低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)、X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)研究浸泡前后煤孔隙結(jié)構(gòu)和煤樣礦物的變化規(guī)律，結(jié)合浸泡前后煤體力學(xué)性質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，綜合分析浸泡對(duì)煤體沖擊破碎特征形成原因及規(guī)律。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品制作

試樣取自九里山煤礦無(wú)煙煤，基礎(chǔ)物性參數(shù)為：水分1.11%、灰分18.20%、揮發(fā)分8.92%、硫分0.45%。將試樣加工成圓柱原煤和顆粒煤樣，分別用于力學(xué)性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)。鉆取直徑50 mm的柱狀煤樣，打磨成高度(100±2) mm的圓柱原煤煤樣，兩端面的不平行度不超過(guò)0.05 mm，且顆粒煤樣研磨至0.177～0.250 mm(60～80目)。將制備的煤樣放入干燥箱中，設(shè)置干燥溫度80 ℃，干燥48 h后備用。

1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

采用自主研制的超臨界二氧化碳破煤實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行沖擊破煤實(shí)驗(yàn)和浸泡實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)主要由超臨界二氧化碳制備系統(tǒng)和萃取系統(tǒng)組成，如圖1所示。超臨界二氧化碳制備系統(tǒng)可制備壓力為100 MPa和溫度為473 K的超臨界二氧化碳。萃取釜承壓為200 MPa，溫度最高可調(diào)節(jié)至473 K；破巖釜最大工作壓力為200 MPa，靶距調(diào)節(jié)范圍為0～100 mm。超臨界二氧化碳參數(shù)通過(guò)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化控制。低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)所用儀器為V-sorb 2800tp比表面積及孔徑分析測(cè)試儀；力學(xué)性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)所用儀器為RMT-150B電液伺服巖石實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)所用儀器為Smart Lab X 射線(xiàn)衍射儀。

圖1 超臨界二氧化碳萃取實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

(1)選取部分圓柱煤樣進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試和超臨界二氧化碳射流沖擊破壞實(shí)驗(yàn)，明確未浸泡煤體力學(xué)參數(shù)和沖擊破壞特征。取7份顆粒煤樣進(jìn)行低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)，取孔隙分布平均值，避免煤樣離散性，明確原始孔隙結(jié)構(gòu)特征。取7份顆粒煤樣進(jìn)行X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)，明確原始礦物含量。

(2)對(duì)剩余圓柱煤樣進(jìn)行浸泡，浸泡實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1，同一浸泡條件下同時(shí)浸泡2個(gè)煤樣。對(duì)步驟(1)中的煤顆粒在孔隙結(jié)構(gòu)測(cè)試實(shí)驗(yàn)和X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行浸泡，浸泡方案見(jiàn)表2。浸泡溫度、壓力和時(shí)間范圍的選取均根據(jù)煤層埋深和實(shí)際鉆井過(guò)程確定。

表1 超臨界二氧化碳浸泡煤樣實(shí)驗(yàn)方案

表2 浸泡煤樣低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)方案

(3)對(duì)同一浸泡條件下的2個(gè)圓柱煤樣分別進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試和沖擊破碎實(shí)驗(yàn)。所有煤樣的浸泡條件相同，壓力為50 MPa，溫度363 K，靶距12 mm。

(4)對(duì)浸泡后的顆粒煤試樣分別進(jìn)行低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)和X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)，明確不同浸泡條件對(duì)煤孔隙結(jié)構(gòu)、礦物含量的影響。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 沖擊破煤特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 浸泡時(shí)間對(duì)沖擊破煤特征影響

浸泡溫度為313 K、浸泡壓力為8 MPa、浸泡時(shí)間為3～120 min的煤體沖擊破碎特征如圖2所示，煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布如圖3(a)所示。

圖2 不同浸泡時(shí)間下射流沖擊破煤效果

圖3 沖擊煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布

不浸泡煤體沖擊破碎后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)78.8%，粒徑小于1 mm煤屑僅占4.59%。浸泡3 min后的煤體沖擊破碎特征如圖2第2列所示，從煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布可以看出，在浸泡3 min后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.47%，粒徑小于1 mm煤屑為10.35%。對(duì)比原始煤樣，分別降低了6.33%和增加了5.76%。隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)，這一變化特征總體上保持不變，即破碎煤屑粒徑逐漸降低。但在浸泡時(shí)間小于30 min時(shí)，粒徑降低的趨勢(shì)并不明顯。在浸泡時(shí)間達(dá)到1 h后，粒徑的降低發(fā)生階躍性變化。相比浸泡時(shí)間為30 min時(shí)，粒徑小于1 mm煤屑占比由16.01%增加到20.64%。

2.1.2 浸泡溫度對(duì)沖擊破煤特征影響

浸泡壓力為8 MPa、浸泡時(shí)間為30 min、浸泡溫度為308～323 K的煤體沖擊破碎特征如圖4所示，煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布如圖3(b)所示。不浸泡煤體沖擊破碎后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)57.44%，粒徑小于1 mm煤屑僅占4.59%。浸泡308 K后的煤體沖擊破碎特征如圖4第2列所示，從煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布可以看出，在浸泡313 K后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.16%，粒徑小于1 mm煤屑為16.01%。對(duì)比原始煤樣，分別降低了9.64%和增加了5.82%。在浸泡323 K后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.92%，粒徑小于1 mm煤屑為20.23%。相比313 K浸泡后的煤樣，分別降低了43.72%和增加了78.3%。隨著浸泡溫度的增加，這一變化特征總體上保持不變，即破碎煤屑粒徑逐漸降低。

圖4 不同浸泡溫度下射流沖擊破煤效果

2.1.3 浸泡壓力對(duì)沖擊破煤特征影響

浸泡溫度為313 K、浸泡時(shí)間為30 min、浸泡壓力為8～20 MPa的煤體沖擊破碎特征如圖5所示，煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布如圖3(c)所示。不浸泡煤體沖擊破碎后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)78.80%，粒徑小于1 mm煤屑僅占4.59%。浸泡8 MPa后的煤體沖擊破碎特征如圖5第2列所示，從煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)累積分布可以看出，在浸泡8 MPa后，粒徑大于20 mm煤屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.44%，粒徑小于1 mm煤屑為16.01%。對(duì)比原始煤樣，分別降低了21.36%和增加了11.42%。隨著浸泡壓力的增加，這一變化特征總體上保持不變，破碎煤屑粒徑逐漸降低。但在浸泡壓力小于12 MPa時(shí)，煤屑粒徑降低趨勢(shì)并不明顯。在浸泡壓力達(dá)到16 MPa后，粒徑的降低發(fā)生大幅度變化。

圖5 不同浸泡壓力下射流沖擊破煤效果

相比浸泡壓力為12 MPa時(shí)，粒徑小于1 mm煤屑占比由22.33%增加到31.36%。

2.2 沖擊破煤特征原理分析

基于低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)，分析不同浸泡時(shí)間、不同浸泡溫度以及不同浸泡壓力條件下，超臨界二氧化碳浸泡煤體前后煤體孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。結(jié)合力學(xué)性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，分析超臨界二氧化碳浸泡煤體抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，得出超臨界二氧化碳射流沖擊浸泡煤體破壞特征機(jī)理。

2.2.1 浸泡時(shí)間對(duì)破煤特征的影響分析

浸泡溫度為313 K、浸泡壓力為8 MPa、浸泡時(shí)間為3～60 min的煤樣累積孔體積和孔徑分布如圖6所示，煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度如圖7(a)所示，浸泡前后煤樣X(jué)RD圖譜如圖8所示，礦物變化見(jiàn)表3。

表3 不同浸泡時(shí)間下煤樣礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

圖6 不同浸泡時(shí)間下煤樣的孔徑分布和累積孔體積

圖7 煤樣單軸抗壓強(qiáng)度

圖8 不同浸泡時(shí)間下煤樣X(jué)RD圖譜

觀察XRD圖譜發(fā)現(xiàn)，超臨界二氧化碳浸泡30 min前，煤樣內(nèi)礦物含量變化甚微。通過(guò) BJH法分析其煤樣的平均孔徑變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，不浸泡煤體的累計(jì)孔體積為0.023 085 cm/g。在浸泡3 min后，由于超臨界二氧化碳作用時(shí)間較短，并未完全滲入煤體孔隙，煤基質(zhì)與二氧化碳接觸不充分，膨脹量較小，煤樣的孔徑小幅度降低，累積孔體積為0.021 807 cm/g，對(duì)比原始煤樣，降低了5.54%。煤基質(zhì)膨脹后，煤顆粒間的膠結(jié)強(qiáng)度降低，黏聚力變差，致使煤體的單軸抗壓強(qiáng)度由17.33 MPa降低至15.06 MPa，降低了13.10%，射流沖擊后，小粒徑煤屑增加了5.76%。隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)，煤基質(zhì)持續(xù)吸附二氧化碳，膨脹量不斷增加，致使以上變化特征總體上保持不變。觀察浸泡60 min XRD衍射圖譜發(fā)現(xiàn)，為26.6°(石英)的峰強(qiáng)度降低，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了1.4%。浸泡時(shí)間為30～60 min，超臨界二氧化碳充分浸入煤體內(nèi)部，與煤層中的水(HO)結(jié)合形成碳酸(HCO)，在弱酸環(huán)境中，煤中碳酸鹽礦物(方解石和白云石等)易發(fā)生溶解、沉淀及碳酸化反應(yīng)。礦物溶蝕脫落后沉積在較大孔隙內(nèi)，煤體內(nèi)的被溶蝕的礦物受限于孔口變窄的孔隙結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)而填充孔隙導(dǎo)致其孔徑減小，礦物溶蝕和煤基質(zhì)膨脹共同作用，煤樣的累計(jì)孔體積由0.019 382 cm/g降低至0.013 531 cm/g，降低了30.19%。一方面，煤基質(zhì)膨脹后其膠結(jié)程度降低，黏聚力變差；另一方面，礦物溶蝕脫落促進(jìn)微裂隙的生成，使煤體力學(xué)性質(zhì)劣化，煤體單軸抗壓強(qiáng)度大幅降低，由13.11 MPa降低至11.54 MPa，對(duì)比30 min浸泡煤體，單軸抗壓強(qiáng)度由降低24.35%減小到降低33.41%。因此，隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)破碎煤屑粒徑逐漸降低。但在浸泡時(shí)間30～60 min時(shí)，粒徑的降低發(fā)生階躍性變化，粒徑小于1 mm煤屑占比由16.01%增加到20.64%。

2.2.2 浸泡溫度對(duì)破煤特征的影響分析

浸泡壓力為8 MPa、浸泡時(shí)間為30 min、浸泡溫度為313～323 K的煤樣累積孔體積和孔徑分布如圖9所示，煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度如圖7(b)所示。通過(guò)BJH法分析其煤樣的平均孔徑變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，不浸泡煤體的累計(jì)孔體積為0.023 085 cm/g。通過(guò)XRD圖譜發(fā)現(xiàn)，323 K浸泡前后礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)含量無(wú)明顯變化，在313 K浸泡條件下，煤樣累積孔體積為0.019 382 cm/g，對(duì)比原始煤樣，降低了16.04%。表明超臨界二氧化碳吸附煤體使煤基質(zhì)膨脹引發(fā)煤樣孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生局部變形，部分孔隙體積變小，導(dǎo)致孔徑及累積孔體積下降。煤基質(zhì)膨脹后，煤顆粒間的膠結(jié)強(qiáng)度降低，其黏聚力降低，煤體的單軸抗壓強(qiáng)度由17.33 MPa降低至13.11 MPa，降低了24.35%，故射流沖擊后，對(duì)比原始浸泡煤樣的破壞特征，小粒徑煤屑增加了5.82%。在323 K浸泡條件下，煤樣累積孔體積為0.016 408 cm/g，對(duì)比313 K浸泡煤樣，降低了18.50%。隨著浸泡溫度增加，CO分子活躍性增大，其擴(kuò)散能力增強(qiáng)、滲透能力增強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)煤基質(zhì)吸附二氧化碳量增大，致使煤基質(zhì)膨脹速率增大，煤樣孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生局部變形，孔體積變?。幻夯|(zhì)的膨脹量增大，膠結(jié)程度和黏聚力降低，使煤體力學(xué)性質(zhì)劣化，單軸抗壓強(qiáng)度由13.11 MPa降低至11.53 MPa，由降低24.35%減小到降低33.48%，故對(duì)比313 K浸泡煤樣的破壞特征，小粒徑煤屑增加了78.3%。因此，隨著浸泡溫度的升高，破碎煤屑粒徑逐漸降低。

圖9 不同浸泡溫度下煤樣的孔徑分布和累積孔體積

2.2.3 浸泡壓力對(duì)破煤特征的影響分析

浸泡溫度為313 K、浸泡時(shí)間為30 min、浸泡壓力為8～20 MPa的煤樣累積孔體積和孔徑分布如圖10所示，煤樣的單軸抗壓強(qiáng)度如圖7(c)所示。通過(guò)XRD圖譜發(fā)現(xiàn)，20 MPa浸泡前后礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)含量無(wú)明顯變化。通過(guò)BJH法分析其煤樣的平均孔徑變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，8 MPa浸泡條件下，煤樣累積孔體積為0.021 937 cm/g，對(duì)比原始煤樣，降低了4.973%。在12 MPa浸泡條件下，煤樣的累積孔體積為0.019 382 cm/g，對(duì)比8 MPa浸泡條件的煤樣，降低了11.65%。由于壓力的增大，煤基質(zhì)內(nèi)部與外部的超臨界二氧化碳?jí)毫μ荻仍龃?，其滲透率增大，故隨著浸泡壓力的升高煤基質(zhì)膨脹速率逐漸增大，煤基質(zhì)膨脹擠壓煤體孔隙，孔體積不斷降低。煤基質(zhì)的膨脹量增大，煤顆粒間的膠結(jié)強(qiáng)度降低，煤體內(nèi)部黏聚力降低，使煤體力學(xué)性質(zhì)劣化，單軸抗壓強(qiáng)度由13.11 MPa降低至11.98 MPa，由降低24.35%減小到降低30.87%，射流沖擊后，相比8 MPa浸泡煤樣的破壞特征，小粒徑煤屑增加了56.7%。隨著浸泡壓力的增大，煤基質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)吸附二氧化碳量增加，其膨脹量增加，致使以上變化特征總體保持不變。當(dāng)浸泡壓力為12～16 MPa，浸泡壓力的增大使煤基質(zhì)表面出現(xiàn)擾動(dòng)，微裂隙增多，吸附膨脹能力增大，致使煤樣的累計(jì)孔體積由0.019 382 cm/g降低至0.015 357 cm/g，降低了20.767%。煤基質(zhì)膨脹后其膠結(jié)程度降低，黏聚力變差，使煤體力學(xué)性質(zhì)劣化，煤體單軸抗壓強(qiáng)度大幅降低，由11.98 MPa降低至10.67 MPa，對(duì)比12 MPa浸泡煤體，單軸抗壓強(qiáng)度由降低30.87%增大到降低38.43%。因此，隨著浸泡壓力的增大破碎煤屑粒徑逐漸降低。但在浸泡壓力12～16 MPa時(shí)，粒徑的降低發(fā)生階躍性變化，粒徑小于1 mm煤屑占比由22.33%增加到31.36%。

圖10 不同浸泡壓力下煤樣的孔徑分布和累積孔體積

3 結(jié) 論

(1)在短時(shí)浸泡條件下，超臨界二氧化碳射流對(duì)浸泡煤體的沖擊破壞特征具有重要影響。在浸泡3 min后，煤體沖擊破碎粒徑小于1 mm煤屑增加了5.76%。延長(zhǎng)浸泡時(shí)間，煤體沖擊破碎程度繼續(xù)提高，浸泡60 min后，破碎粒徑的降低發(fā)生階躍性變化。提高浸泡溫度，使破碎程度規(guī)律性提高；但當(dāng)浸泡壓力大于16 MPa時(shí)，破碎程度明顯提升。

(2)即使在短時(shí)浸泡條件下(如3 min)，超臨界二氧化碳仍然能夠影響煤體的孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)強(qiáng)度，煤體力學(xué)強(qiáng)度降低13.10%，使超臨界二氧化碳射流沖擊破碎程度提高。在浸泡60 min時(shí)，煤體依然處于吸附膨脹階段，礦物溶蝕現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少1.4%，但孔體積降低幅度發(fā)生較大程度變化，降低了30.19%，單軸抗壓強(qiáng)度降低33.41%，使煤體的破碎程度發(fā)生了大幅提高。在實(shí)驗(yàn)條件下，提高溫度和壓力使煤體吸附膨脹作用增強(qiáng)，孔體積增大，抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)浸泡壓力超過(guò)16 MPa后，抗壓強(qiáng)度降低了38.43%，沖擊破壞程度顯著提升。

(3)超臨界二氧化碳射流輔助鉆井過(guò)程中，其吸附膨脹作用是影響煤體物理和力學(xué)性質(zhì)主要形式，有效降低了煤體孔體積和抗壓強(qiáng)度，提高了破碎程度，有利于鉆進(jìn)。