看点导读

瓦斯作为煤炭开采过程中的伴生气体，能够为优化我国能源结构做出重要贡献，一方面也是诱发煤与瓦斯突出灾害的主要原因之一，因此，针对瓦斯治理的学术研究意义重大。2024上半年，瓦斯学术板块从煤与瓦斯突出、低渗煤层增透技术、煤层瓦斯吸附解吸扩散、低渗煤层瓦斯渗流、含瓦斯煤力学特性等方面对目前煤与瓦斯突出灾害防治研究最新进展进行了分享，下面让我们一起回顾上半年瓦斯学术最新研究进展。

聂百胜等基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识，提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则，总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制，并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。

王波等研究了不同加载条件下含瓦斯煤岩的“强度极限邻域”，以找到进入该状态的影响规律，并建立相应的微观判别标准。

张超林等从瓦斯压力梯度和瓦斯渗透力的角度系统探讨了煤与瓦斯突出全过程演化特征，得出煤层渗透率在突出各个阶段均占据重要作用，结合我国煤与瓦斯突出预测现状及难题，认为煤层渗透率有望成为突出预测新指标，关键在于如何结合煤矿现场实际条件确定其临界值，分别从试验研究、理论分析和工程实践等方面提出了未来展望。

唐巨鹏等针对新形势下煤与瓦斯突出研究存在的不足，对未来的研究方向提出建议和展望，旨在完善煤与瓦斯突出机制体系，突破定性假说研究阶段，对灾害孕育、发生、发展阶段的定量条件进行探索，为现场煤与瓦斯突出预测与防治提供可靠的理论基础。

程远平等发现瓦斯膨胀能是突出能量的主要组成部分，占总能量的 87.50%～95.31%，其中初始游离气体的贡献占比为 1/3～2/3；证明了实验室模拟试验的本质，是将突出过程等效为煤中高压气体驱动的动力过程

图1 煤与瓦斯突出过程流程图

瓦斯学术：失稳判识、应变演化、强度极限，煤与瓦斯突出相关研究进展

在水力压裂增透技术方面，张跃兵等对软煤水力压裂孔周应力的时空演化进行了研究，揭示了软煤水力压裂孔周扩孔致裂-应力外移的行为特征；陆泳鑫等对采空区下伏煤层水力压裂试验进行了研究与应用，基于研究成果制定了采空区下伏煤层水力压裂施工方案优化原则并在现场应用，优化后的方案水力压裂造缝能力显著提高；陈本良等针对淮南矿区进行了煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究，结果表明，煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

图2 煤层顶板水平井分段压裂高效开发煤层气

技术模式

在物理场增透技术方面，张祥良等对循环等离子体击穿受载煤体电学响应及孔隙结构演化规律进行了研究，结果表明等离子体对煤体电学性质产生了影响，煤体电学性质发生改变后又会对等离子体通道的分布产生影响。林海飞等对多级脉冲超声波激励含水煤体进行了研究，多级脉冲超声波激励含水煤体产生的振动和空化复合效应，使煤基质发生疲劳损伤，强化了煤的孔隙改造效果，并加剧瓦斯分子动能，进而促进煤体瓦斯解吸。鲍先凯等基于声发射技术，通过开展水中高压电脉冲压裂煤岩体试验，利用振铃、能量定量分析了不同放电电压作用下裂纹断裂演化特征，事件分布以及分形维数分析了裂纹发育扩展规律。

图3 等离子体致裂煤体原理

图4 多级脉冲超声波激励煤体孔隙变化瓦斯机理图

在其他增透技术方面，高魁等对构造煤层顶板爆破跨界面致裂增透机制进行了研究及应用，现场应用表明，煤层顶板爆破瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升，瓦斯抽采纯量从爆破前的 0.07 m ³ /min 提高到 1.73 m ³ /min，体积分数从 10.46%上升到 68.5%，并且长时间维持在较高水平；刘勇等发现SC-CO2短时作用下吸附膨胀作用会导致煤体裂隙收缩，溶解萃取作用使裂隙发生扩展；张小东等研究发现SCCO2使干燥基态、饱和水态煤样中碳酸盐矿物显著溶解，有效改善了孔隙结构，且对饱和水态煤样作用效果更好；刘佳佳等表征了超临界CO2作用下高阶煤的孔裂隙结构及力学特性变化，表明超临界CO2对高阶煤具有良好的扩孔增渗作用并且对高阶煤的力学特性具有明显的劣化作用。

图5 构造煤层顶板爆破应力波传播

瓦斯学术：应力演化、瓦斯运移、间接压裂，碎软突出煤层瓦斯治理研究进展

瓦斯学术：等离子、超声波、电脉冲等物理场增透研究进展

程远平等建立了填充孔吸附态扩散和扩散孔游离态扩散的双孔串联扩散模型，并通过对甲烷解吸实验数据的拟合获得了甲烷扩散参数和孔隙结构参数；

赵伟等基于瓦斯流动与扩散的竞争互抑关系，建立了引入游离瓦斯流动的全浓度表观扩散模型，确定了游离瓦斯和吸附瓦斯对于整体逸散瓦斯的贡献变化，同时构建了K1时因衰减模型；

彭守建等运用自主研发的多场耦合瓦斯抽采物理模拟试验装置，开展了工作面前方不同应力区域瓦斯同步抽采物理模拟试验，分析了抽采过程中煤体温度场、瓦斯压力场和煤体变形场的实时演化特征及多物理场耦合作用机制。

赵鹏翔等探究了不同质量占比构造煤瓦斯吸附过程中的热力学机理，得到构造煤质量比影响下的瓦斯吸附热力学特征参数变化规律，揭示混合煤样的热力学作用机制，为明晰开采扰动构造煤体致诱煤与瓦斯突出机制提供了一定的理论基础。

图6 煤中甲烷双孔串联扩散立方体结构

瓦斯学术：串联扩散、表观扩散系数、瓦斯抽采，煤体瓦斯解吸扩散研究进展

周斌等对双重卸载模式下含瓦斯煤渗流规律进行了研究，得出随着双重卸载模式的卸载比增加，煤岩体轴向应变、径向应变及体应变变化速率均增加，有效应力在突出过程中的主导作用增强，进而导致渗透率增长速率升高。

张保勇开展了加卸载条件下含瓦斯水合物煤体透率试验研究，结果表明饱和度对煤体渗透率变化规律影响较为复杂，随着饱和度增加，渗透率降低百分比越大，堵塞程度越显著。

龙航等开展了瓦斯吸附扩散与受载煤体变形实验，建立了受载煤体分段渗透率动态演化模型，所建立的煤体渗透率模型中，考虑了瓦斯吸附引起的基质与裂隙变形耦合作用、基质瓦斯动态扩散作用及基质与裂隙物质交换作用。

曾星艺等研究了煤岩裂隙表面粗糙度对煤岩渗透特性的影响，得出随着裂隙表面相对粗糙度的增大，滑脱效应增强。在初始滑脱因子相同时，随着孔隙压力的增大，煤岩表观渗透率逐步降低而趋向平缓。滑脱效应对煤岩渗透起促进作用，滑脱系数越大，其作用效应越强。

王刚等通过将煤岩的基质区域划分为两个吸附能力不同的区域，重新推导了煤岩渗透率模型，利用现场数据以及实验室数据对提出的模型进行比较验证，并通过有限元软件分析了基质区域的非均匀吸附对渗透率演化的影响。

石　钰等基于CT技术对气体表观渗透率进行研究，表明瓦斯在孔裂隙弯折处压力变化剧烈，渗流速度在孔裂隙弯折处达到最大，瓦斯在个别孔隙发生凝滞、不流通。

瓦斯学术：双重卸载模式、加卸载条件、弹塑性变形，含瓦斯煤渗流规律相关研究进展

瓦斯学术：滑脱效应、基质吸附变形、微米级孔隙，煤岩渗透率模型相关研究进展

赵怡晴等采用单轴压缩、CT 电子扫描和核磁共振试验对煤岩力学性能和孔裂隙结构进行分析，得到裂隙倾角分布特征为影响煤岩力学特性的主要因素，孔隙率为影响煤岩力学性质的次要因素。

弓昊等研究了煤体在高地应力环境下的力学特性及裂纹扩展规律，结合单轴压缩试验研究煤试件内部各组分空间分布特征对试件变形参数、峰值强度和裂隙扩展路径的影响。

司余洁等对含共面双裂隙复合岩三轴力学行为及能量演化规律进行了研究，得出裂隙倾角和围压的增加对岩样的力学特性有着优化作用，裂隙长度的增加对其有着劣化作用，且复合岩从单向受力转变为三向受力时，力学特性发生骤变，得到显著的优化。

赵环帅等分析了超声振动作用下接触力场、破坏特征及裂纹特点的演化规律，研究了断裂能利用效率，研究结果不仅从细观角度对超声振动作用下青砂岩损伤演化规律及断裂能利用效率进行了初步探索，也可为岩石破碎工艺参数的合理选择提供了参考。

龚  爽等探究了冲击荷载作用下酸性压裂液对无烟煤断裂行为及能量耗散规律的影响，发现酸性压裂液处理后煤样所需断裂能与水基压裂液组煤样所需断裂能的差值随加载气压的增大不断增加，加载气压越高，酸性压裂液处理后煤样所需断裂能较水基压裂液更少。

结语

在“双碳”目标的新时代背景需求下,实现瓦斯的高效开发是降低碳排放的重要举措，解决煤层低透气性，明晰煤层瓦斯吸附解吸渗流规律，是成功破解瓦斯资源高效抽采及突出灾害的关键。

“瓦斯10点”瓦斯学术板块将持续关注瓦斯学术研究进展，为各位读者带来业内研究最新进展