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目前,为提高低渗煤层瓦斯抽采效率,瓦斯强化抽采技术被广泛应用,但同一强化抽采技术在不同矿区、甚至同一矿区不同煤层出现了应用效果参差不齐的现象,这意味着在应用效果较差的矿井,强化抽采措施并未针对性破解控制煤体瓦斯渗流的主要因素。因此,开展煤体瓦斯渗流主控因素及其对瓦斯抽采控制机制的研究是实现煤层瓦斯高效抽采的重要基础。煤体瓦斯渗流会同时受到煤体渗透性和孔隙压力梯度的控制,而应力场是控制煤体渗透性与孔隙压力梯度的最根本因素。为此,本文基于实际煤体的多重应力场,采用物理实验、理论分析等手段较系统的开展了煤体瓦斯渗流主控因素及其对瓦斯抽采控制机制的研究,取得的主要研究成果如下:(1)在理论分析孔隙压力、吸附对煤体力学状态影响的基础上,模拟煤体原位边界条件,开展了孔隙压力、吸附对煤体应力场影响规律实验。结果表明:煤体水平应力、竖直应变随气体压力降低,整体呈减少趋势,且这种趋势随气体压力降低而逐渐加快,吸附应力始终对煤体应力场的演化起到了主要控制作用;煤体水平应力、竖直应变的演化(单独孔隙压力影响)与孔隙压力呈线性关系,而单独孔隙压力的变化并未对煤体水平有效应力产生影响;煤体水平吸附应力、竖直吸附应变与气体压力满足朗格缪尔相似方程关系,而与气体吸附量满足线性关系;以此,构建了考虑地应力、孔隙压力、吸附应力三重应力场的煤体应力状态方程,初步揭示了各应力对煤体应力场的作用规律。(2)开展了单重应力场、双重应力场、三重应力场-不同边界条件-不同层理方向煤体渗透性演化规律及不同孔隙压力梯度下气体渗流量演化规律的实验。结果表明:竖直地应力对煤体渗透性未有明显影响,而在水平地应力作用下,煤体渗透率呈现了先快速衰减、后缓慢衰减的变化趋势;水平边界条件相同时,煤体渗透率的演化规律相似,竖直边界条件对煤体渗透性未见明显影响;静水压条件下的煤体渗透率恒大于原位条件;平行层理方向煤体的渗透率恒大于垂直层理方向煤体;原位条件下的煤体渗透性随孔隙压力增大呈缓慢增长趋势,而在净水压条件下则呈现了明显的增长趋势;同时,在上述两种边界条件下煤体渗透性随吸附气体压力的增大均呈先快速衰减、后缓慢衰减的变化趋势;气体渗流量随孔隙压力梯度增大呈持续增大的变化趋势。(3)基于实验结果及煤体力学状态,分析了地应力、孔隙压力、吸附应力单个应力对煤体渗透性的控制机制。结果表明:应力场对煤体裂隙开度的控制是引起煤体渗透性演化的直接原因,地应力可看作是外部应力通过压缩煤体骨架从而降低煤体裂隙开度;吸附应力则为内部应力,在煤体内部由吸附引起的煤基质膨胀与裂隙的相互力学作用,造成了煤体裂隙开度降低;孔隙压力在原位条件下通过压缩煤基质增加煤体裂隙开度,而在静水压条件下,通过膨胀煤体骨架和压缩煤基质两个方面增加煤体的裂隙开度;煤体最终裂隙状态是上述三部分应力竞争作用结果,符合优势控制原则;由于忽略了孔隙压力通过压缩煤基质而引起煤体渗透性的变化,单纯采用有效应力描述孔隙压力对煤体渗透性的影响与实际情况会存在一定误差;提出了“煤基质桥”概念用以揭示煤体渗透性动态演化的本质,煤体裂隙开度降低,煤体裂隙内“煤基质桥”增加,对裂隙开度的进一步降低会产生阻碍作用,减缓裂隙开度的降低速度;而煤体裂隙开度增加,则会呈现相反的变化规律。(4)揭示了控制煤体瓦斯渗流的主要因素。结果表明:煤体渗透性主要受水平方向的力学状态控制(包含煤体水平方向的应力、应变及边界条件),而与竖直方向的力学状态相关性较小;煤体渗透性对静水压条件的敏感性强于原位条件,这也说明了,将原位煤体由位移控制的边界条件向应力控制或自由边界条件转变可有效增加煤体渗透性;原位条件下煤体渗透性对吸附应力及地应力的敏感性较强,而对孔隙压力的敏感性较差,这首先表明了不适宜采用增加孔隙压力的方法对原位煤体实施增透;此外,虽然降低煤体的吸附应力和地应力均可有效增加煤体渗透性,但对于深部煤体,当地应力较大时,不适宜采用降低吸附应力的方法增加煤体渗透性;增大孔隙压力梯度可有效增加气体渗流量,并且在低孔隙压力梯度环境下,孔隙压力梯度对气体渗流的控制作用强于高孔隙压力梯度环境。(5)分别建立了单重应力场、双重应力场及三重应力场条件下的煤体渗透率模型,定量描述了地应力、孔隙压力、吸附应力对煤体渗透率的动态影响规律。(6)分析了煤体瓦斯渗流主控因素对瓦斯抽采的控制作用,揭示了控制煤层瓦斯抽采的主要因素,抽采前期,煤体的渗透率控制了瓦斯抽采;而抽采后期,瓦斯压力梯度是控制瓦斯抽采的主要因素。基于煤体瓦斯渗流主控因素研究成果,结合其对瓦斯抽采的控制作用,提出了“钻-割一体化”+“压-抽交变”高效瓦斯抽采技术,工程实践表明,该技术可有效提高煤层瓦斯抽采效率。研究生期间以第一作者或通讯作者发表SCI论文4篇(JCR一区3篇,三区1篇);申请发明专利6项,其中授权2项;获省部级科技进步奖1项。该论文有图93幅,表31个,参考文献215篇。