中国煤层赋存条件差异大，地质构造复杂，煤岩内部结构呈现明显的各向异性特征。随着煤矿开采深度和强度的不断增加，伴随多场耦合作用的开采扰动效应更加明显，在构造应力与采动应力综合作用下表现出明显的真三轴采动应力状态(σ1＞σ2＞σ3)，即外部应力也呈现各向异性特征。煤岩渗透率的各向异性是由煤岩内部结构和外部应力双重异性耦合的结果，研究煤岩渗透率和力学行为的各向异性特征是煤层瓦斯安全高效精准抽采的关键。
　　本文运用重庆大学自主研制的多功能真三轴流固耦合实验系统，循序渐进的进行了不同真三轴采动应力路径下、不同层理倾角煤岩的力学行为及渗流特征实验，分析了不同真三轴采动应力路径或应力状态、主应力、层理结构或倾角及瓦斯流动方向等因素，对煤岩力学行为和渗透特性的影响；基于真三轴应力条件下含层理煤岩的渗流实验结果，结合平板裂隙流理论，将煤岩简化为立方体模型，构建了基于层理效应的真三轴动态各向异性渗透率模型；将煤岩看作双孔介质模型，由真三轴动态各向异性渗透率模型及动态孔隙率模型、应力平衡方程、基质和裂隙内瓦斯质量守恒方程，构建了煤岩多场耦合数学模型；运用数值模拟平台进行了各向异性渗透率煤层多场耦合作用下的瓦斯抽采数值模拟实验，研究结果以期为瓦斯抽采钻孔精准布置提供理论指导。本文的主要研究成果如下：
　　①在真三轴简单应力路径下，对正交层理煤岩开展了不同真三轴应力状态、不同气体流向的渗透特性研究。探讨了σ2、层理与主应力或瓦斯流动方向对煤岩渗透率和变形的影响。随σ2的增加，煤岩渗透率逐渐减小。本实验中平行层理方向的渗透率约为垂直层理方向渗透率的2倍，而两平行层理方向的渗透率总体相差不大。当气体渗流方向平行煤岩层理面时，σ3垂直层理面时的渗透率最大，σ2次之，σ1最小。渗透率各向异性比随应力的变化而动态变化，随着σ2的增加，渗透率各向异性比减小。
　　②在真三轴采动应力路径下，对不同层理角度煤岩在不同应力状态下进行了真三轴加卸载渗流实验，探讨了不同层理角度与真三轴应力状态耦合作用对煤岩变形、渗透率、能量及破坏形态的影响。随着层理角度的增大，煤岩的峰值强度降低，破坏失稳前耗散能增加，弹性应变能减小，渗透率也增加。真三轴应力状态A组的ε2出现反转效应，而B组破坏后出现ε2＜ε3的现象。真三轴应力状态A组的峰值强度明显比B组的要低，而耗散能恰恰相反。
　　③在真三轴循环扰动作用下，循环主应力方向对应的主应变为主导变形，其变形量相对较大。分级循环σ1与σ3过程中，ε2都相对较小，且产生的残余应变变化趋势相同，即随分级循环σ1与σ3载荷幅度的增加，累积残余最大主应变和最小主应变分别呈指数型、二次抛物线型函数增加，相对残余最大主应变与最小主应变分别呈U型、∩型先减小后增加，而累积及相对残余中间主应变的变化量都较小。分级循环加或卸载σ2都可能引起煤岩的失稳破坏，且产生的残余中间主应变明显增加，临界破坏急剧增大。随着分级循环载荷幅度的增加，煤岩的总耗散能呈指数函数增加，损伤变量也呈“S”型增加。
　　④基于立方体模型及平板裂隙流理论，构建了各向异性单元体渗流模型，定义了煤岩初始结构各向异性系数，推导了考虑煤岩自身结构和应力变化的真三轴动态各向异性(D-A)渗透率模型，用真三轴实验数据和经典渗透率模型W-Z(各向异性)、C-B和S-D渗透率模型对基于层理效应的真三轴动态各向异性(D-A)渗透率计算模型进行了对比，验证了基于层理效应真三轴动态各向异性(D-A)渗透率计算模型的正确性和优越性。
　　⑤将煤岩视为双孔介质模型，基于真三轴应力场控制方程和瓦斯流动场控制方程，再结合真三轴动态各向异性渗透率模型及动态孔隙率模型，构建了真三轴应力条件下结构异性煤层多场耦合数学模型，此模型考虑了真三轴应力条件下的有效应力、煤岩结构各向异性特征、煤岩动态渗透率各向异性特征、扩散系数动态变化特性、基质收缩和层理效应等多重因素交叉耦合影响。开展了各向异性煤层单孔干式瓦斯抽采的数值模拟研究，探讨了多抽采钻孔群优化布置方案。