煤炭地下开采及煤层气抽采等生产活动均处于真三轴应力环境下,即最大中主应力σ1>中间主应力σ2>最小主应力σ3。而目前较多采用常规三轴实验对煤体变形破坏和渗流演化规律进行研究,再者,当煤体坚固性系数在0.2-1之间时,硬度较低且内部构造复杂,不易制成试验所需煤样,缺少真三轴与常规三轴应力条件下的煤体变形和渗透特征差异性的研究。因此,系统开展真三轴应力条件下的煤体渗透率变化情况研究,对于揭示煤炭开采应力突变致灾机理和优化煤层气高效合理抽采等奠定了的坚实的实验基础,具有一定的理论意义。本文采用物理试验、理论建模以及两者相互验证的方法,研究了真三轴应力条件下瓦斯吸附作用、瓦斯压力和中间主应力对煤体的变形破坏和渗透率演化规律的影响,研究成果如下: (1)应用课题组自主研发的“两刚一柔”式真三轴流固耦合煤体渗流试验系统,开展了涉及煤体渗流特性的真三轴试验,得出了多种应力环境下煤体应力-应变/渗透率分阶段变化的共同点,初步分析了煤体整个应力-应变过程中的变形和渗透率变化趋势,对比了两种应力环境煤体表现出的不同力学和渗流特性规律。 (2)进行了气体吸附特性对煤体变形和渗透性的影响的试验研究,定量分析了瓦斯吸附引起的宏观变形量。气体吸附对煤体变形的影响受约束压力特性的影响,当柔性约束压力等于刚性约束压力时,柔性约束压力有利于瓦斯吸附对煤体宏观变形的影响,获得了瓦斯吸附作用对煤体渗透率影响程度。 (3)利用真三轴渗流设备,进行了多种中间主应力环境下的瓦斯压力梯度对煤体全应力应变过程影响的分析。真三轴剪切应力环境中,揭示了中间主应力的双重效应,即中间主应力与最小主应力形成的围压效应不同于常规三轴中的围压效应,得到了中间主应力对煤体最小渗透率的影响较大,解析了中间主应力和瓦斯压力耦合作用下的煤体渗透特性变化规律。 (4)基于真三轴煤体多种吸附性气体渗流和多种中间主应力渗流试验,以热弹性理论为研究基础,对特定应力环境中瓦斯吸附试验过程中的煤体吸附变形特征进行了分析,建立了煤体瓦斯吸附体积变形模型和包含煤体吸附体积变形的渗透率演化模型,进一步设计了相关试验,表明两种模型可较好的预测不同瓦斯吸附压力下煤体体积应变和渗透率动态演化规律。