随着我国工业化和现代化进程的加快,传统的化石能源在支撑国家可持续发展战略中的局限性越来越明显。开展对非常规天然气资源的开发利用,不仅能够满足国家日益增长的能源需求,而且有利于优化我国能源结构,减少对国外能源的依赖,增强国家能源的安全性与稳定性。煤层气作为煤的伴生物,其以游离或吸附态储存在煤体中。煤体是由孔隙、裂隙和基质构成的非均质复杂介质。煤层气的储存环境极为复杂,通常表现为高储存、低渗透、非均质性强等特点。为了提升煤层气的开采效率,针对低渗透性的煤层,通常会通过实施人工造缝技术来增加其透气性。相较于传统的水力压裂技术,无水压裂技术大幅降低了对水资源的需求,并解决了水力压裂中存在的若干不足。其中,液氮压裂技术脱颖而出,其通过在煤层内部注入低温液氮诱发强烈的热应力变化,借助"冷冲击"效应实现对煤层的有效致裂从而实现对煤层渗透性的提升。近年来,数值模拟技术通过多物理场耦合本构关系,为揭示液氮作用下煤岩体损伤破坏机制提供了新思路,目前的研究多围绕流-固耦合与热-流-固耦合展开。然而,这些模型通常未引入损伤变量,因此无法准确描述液氮作用下煤岩体的损伤演化过程。本研究基于多孔介质模型,利用COMSOL软件构建了热-流-固-损伤耦合模型,分析了不同温度的煤层在液氮处理下其损伤破坏情况。结果如下:如图1所示,煤体的损伤破坏呈现出不规则的分布特征。随着煤层初始温度的升高,液氮对煤层的损伤程度呈现出逐渐增大的趋势。在20℃的低温条件下,液氮注入煤层后所引起的损伤破坏表现出细小且狭长的形态特征,损伤区域的宽度和长度均较为有限。然而,随着煤层初始温度的逐步提高,液氮注入后产生的热应力效应显著增强,煤层内部的应力分布发生明显变化,促使损伤的扩展更为剧烈。在较高温度条件下,无论是损伤区域的宽度还是长度均表现出显著的增长趋势。煤体内部的孔隙结构、裂隙分布以及矿物组成并非均匀一致,这些非均质特性对液氮致裂过程中对煤层的损伤破坏产生了显著影响。对于原本存在裂隙等原始缺陷的区域,由于其力学强度相对较低,在液氮致裂作用下更容易发生破坏。这种破坏可能表现为新裂缝的产生或原有裂缝的扩展,从而进一步加剧了煤体内部破坏的不规则性。相反,煤体中较为致密的区域由于其较高的力学强度和较低的孔隙率,对外部载荷和热应力作用的抵抗能力较强。研究结果对于揭示液氮致裂煤层机理并指导其实际应用具有重要意义。