煤炭及煤层气是国家重要战略资源。近年来煤矿瓦斯灾害事故频发,严重危及到了人民的生命和财产安全,如何有效开发煤层气及防控煤矿瓦斯灾害事故一直是国内外学者关注的热点问题。当前,研究煤矿瓦斯灾害事故发生、发展规律的有效方法是利用型煤代替原煤通过大中型相似模拟或物理模拟试验来开展研究,因而研究型煤与原煤的相似性是提高相似模拟或物理模拟试验还原性和可靠性的关键。为此,本文利用自主研制的真空热压型煤成型试验装置,制备不同保温时间和成型压力条件下的二次炭化型煤,通过进行二次炭化型煤物理力学特性试验,揭示不同保温时间和成型压力对二次炭化型煤的物理化学特性、吸附解吸特性、力学及渗流特性等方面的影响规律,为优化型煤二次炭化条件提供理论基础资料。本文主要研究内容和成果如下:以黄金分割法为主体,建立了优化目标函数,优化了二次炭化型煤保温时间和成型压力条件。保温时间方面,根据优化法,确定了在保温时间3.0～9.0 h区间内存在最优的保温时间点,计算出优化保温时间条件分别为4.4 h、5.3 h、5.8 h和6.7 h;根据优化目标函数,通过对原煤与不同保温时间条件下二次炭化型煤的物理和力学特性进行对比优化,最终确定最佳保温时间为5.3 h。在成型压力方面,成型压力在30 MPa～100 MPa内二次炭化型煤的密度随着成型压力的增大,呈现出逐步增大后趋于平稳的变化趋势,在成型压力为70 MPa及其后的二次炭化型煤密度相差不大,根据优化法,最终确定最佳成型压力为70 MPa。制备了保温时间分别为3.0 h、4.4 h、5.3 h、5.8 h、6.7 h和9.0 h条件下的二次炭化型煤。随着保温时间的增加,二次炭化型煤的芳香层缩合程度加深,芳香层片在空间排列更整齐;二次炭化型煤的BET比表面积随着保温时间的增加呈现先增加后减小的趋势,密度呈现先增大后减小的趋势,单轴抗压强度呈现出先增加后减小的趋势,最大单轴抗压强度达9.82 MPa,初始渗透率随着时间的增加呈现出先降后升的趋势,最小初始渗透率为1.49 m D。吸附解吸试验说明IV型等温吸附线与不同保温时间条件下二次炭化型煤的等温吸附线是相符的;在脱附阶段,孔隙内的毛细凝聚现象导致了吸附回线滞后环的出现,表明试件内部存在墨水瓶形孔和两端开口圆柱形孔等孔隙结构。总体来说,保温时间为5.3 h的二次炭化型煤表现出相对较优的物理力学等特性。制备了成型压力分别为30 MPa、50 MPa、60 MPa、70 MPa、80 MPa、90 MPa和100 MPa条件下的二次炭化型煤。随着成型压力的增大,二次炭化型煤各微观参数变化不大;BET比表面积随着压力的增大表现出先增后减的趋势,密度呈现逐渐增大的趋势,单轴抗压强度由7.51 MPa逐步增大到12.15 MPa,初始渗透率由2.04 m D逐步减小到1.32 m D,成型压力超过70 MPa的二次炭化型煤的密度、单轴抗压强度和初始渗透率等特性结果变化不大。不同成型压力条件下二次炭化型煤的等温吸附线符合IV型等温吸附曲线,脱附曲线与吸附曲线之间出现H3型滞后环,吸附等温线和脱附等温线不完全重合,而在相对压力高压段和低压段基本重合,表明煤样试件内部存在大量的开放性透气孔和半封闭孔。总体来说,成型压力为70 MPa及其后的二次炭化型煤相关特性变化较小,表现出较优的物理力学等特性。通过优化型煤二次炭化热压成型条件,提高了二次炭化型煤与原煤在力学特性和渗流特性等方面的相似性,说明了型煤二次炭化制备这种方法在一定程度上改善了型煤的性质,是具有重要研究意义的物理模拟试验相似材料制备方法。