煤层瓦斯抽采能够有效地预防矿井瓦斯灾害的发生,减少温室气体的排放,而煤层的低渗透性影响了瓦斯的高效抽采。水射流割缝措施是有效的增透手段,但也会将外界水引入煤层。另外煤层中本身就含有水,而水分的存在对射流割缝后煤体内瓦斯流动特性的影响规律尚不明确。因此,本研究通过物理实验、理论建模和数值分析等手段,从含水煤体瓦斯吸附微观作用机理、含水割缝煤体力学特性与损伤机制、含水煤体瓦斯渗流特性、割缝煤体瓦斯-水流固耦合特性等四个方面研究割缝煤体内瓦斯-水两相作用机制及渗流特性,对于了解水射流割缝煤体的瓦斯流动规律以及提高煤层瓦斯的抽采效率均有重要意义。本研究取得的主要成果如下:(1)将从现场取样得到三种煤样按照挥发分的大小,分为高、中、低阶烟煤。通过电镜扫描实验测定了三种煤样表面结构特征,发现:低变质烟煤表面裂隙发育,孔的连通性较好;中变质烟煤裂隙不发育,微孔发育,孔洞以小孔为主;高变质烟煤表面致密光滑,裂隙不发育,微孔结构发育。通过煤的表面官能团分析可知,随着变质程度增高,煤样羟基逐步降低,吸水性逐渐减弱;随着变质程度增高,含氧官能团含量降低且结构简单,亲水性减弱。(2)煤体对水分的吸附主要包括物理吸附和氢键作用,吸附水主要存在于中孔和较大微孔;煤体内孔隙的比表面积决定了其瓦斯吸附性能,煤体的吸附性能随着其孔隙比表面积的升高而增强。当含水率增加到一定程度,多余的水分以游离态存在于煤颗粒间的体积或煤体大孔中,这部分多余水分对甲烷在孔隙表面的吸附影响较小,所以存在有临界含水率。(3)随着含水率的增加,含水煤样的裂纹数量逐渐增多,煤样的主裂纹的位置更加分散,次生裂纹和远场裂纹的数量也越多。含水率较低时,煤样的完全破坏主要是由于主裂纹贯穿所致;当含水率较高时,煤样主要是由于次生裂隙的产生、延展和贯通才导致煤样完全失去承载能力。含水率的改变对初始裂纹的起裂位置也有一定的影响。(4)在瓦斯压力保持不变的条件下,渗透率与围岩应力整体上呈现出负指数函数的变化规律;含水率越高的煤样,其渗透率受围岩应力的影响更为显著;渗透率与含水率整体上呈现出负指数函数的变化规律。当围岩应力保持不变时,随着瓦斯压力的升高,煤样内瓦斯渗流达到稳态所需的时间越短,瓦斯渗流达到稳态时其在煤样内的分布也越不均匀;当瓦斯压力保持不变时,随着围岩应力的升高,煤体内瓦斯受孔隙和裂隙开度变化的影响而呈现不同的变化特征。(5)通过物理实验模拟了真实地应力环境下含水割缝煤体的流固耦合特性。根据实验进程的推进,影响割缝煤样内部瓦斯压力的变化可以分为五个阶段:抽真空阶段、甲烷注入阶段、注水阶段、加载阶段和甲烷解吸阶段;提出了三个描述煤体动态响应特征的参数:加载后煤样的体积变形量ε_v,极限变形量ε_m和瓦斯扩散系数KB;讨论了瓦斯压力和含水率对描述煤体动态响应特征参数的影响规律。(6)基于煤体结构的各向异性建立了考虑煤体变形、基质瓦斯扩散、裂隙瓦斯流动等影响的交叉耦合方程。通过数值分析得出初始含水饱和度、扩散衰减系数、初始瓦斯压力和初始渗透率对瓦斯抽采效果的影响规律。针对林华矿20912切眼下方的巷道内3#钻场和4#钻场现场实验数据进行了数值模拟,发现在相同抽采时间内,普通孔的产气率均小于割缝孔的产气率,说明水射流割缝技术提高了煤体的抽采效率。现场的试验数据与普通孔和割缝孔的模拟结果吻合度较高,建立的割缝煤体瓦斯-水耦合渗流模型的可靠性和准确性得到了验证。本研究成果对煤矿井下水射流割缝煤层增透措施的方案设计、参数设定、工艺优化和增透原理的阐明等方面意义重大。