瓦斯是煤层开采中最主要的隐患气体和重大危险来源,其往往给矿井带来巨大的财产和人员伤亡。目前普遍采用的增透措施主要有水力化技术和气相驱替技术,但仍无法解决低渗透煤层瓦斯难抽采和难解吸问题。本文研究水力化与气相驱替相结合技术下瓦斯置换解吸与运移扩散规律,采用数值模拟计算、物理模拟实验和现场试验方法,建立分段压裂仿真模型和注水注气耦合驱替系统,探究了该技术的理论增透效果。同时在矿井中进行现场试验,验证该技术的有效性,可行性。(1)研究了高压气水混压增透驱替瓦斯技术理论基础和数值计算模型,阐明高压水为瓦斯与水分子提供运移通道和置换吸附煤体瓦斯的原理;在该步骤之后注入高压空气解除水锁效应,提供气体运动能量,解堵孔隙通道。(2)建立了注气驱替含水-瓦斯三元体系的仿真模型,系统分析了注气、注水和气水措施下煤层瓦斯运移扩散特征,阐述了孔隙压力在瓦斯驱替中的变化特征及作用机制。结果表明在高压水力压裂基础上进行空气压裂,钻孔径向范围瓦斯体积分数降幅达到15%~50%,压裂影响半径60m左右,同时,水-气混合措施后煤层边界流量为注水时的二倍。(3)使用高温高压注水注气耦合驱替系统完成了不同注水和注气压力下瓦斯驱替实验。不同煤样出口端瓦斯的流量变化呈现先增加后减小的趋势;后期均会出现下降迟缓现象。注水压力的升高有助于水驱瓦斯效率;气-水压差的增加,会减少突破时间和气体在煤样中有效驱替范围,延长气体完全置换时间,减弱了气-水驱替的效果。(4)在中国四川绿水洞煤矿首次现场试验煤层气水混压技术的可行性与有效性,采用检验孔方法测定其影响范围及瓦斯浓度变化。结果表明该措施后平均单孔瓦斯抽采纯量从2.43L/min提高到6.45L/min,增加了2.65倍,平均抽采浓度从31.3%提高到47.6%,增加了16.3%。此外,煤层瓦斯含量总体降幅在25.14%~80.62%之间(平均为53.17%),取得了显著的效果。该论文有图54幅,表6个,参考文献98篇。