煤层施工扰动或瓦斯卸压抽采会引起其周围煤岩产生破裂损伤。损伤不仅使得煤岩的结构属性和力学行为发生变化,还改变了煤岩的物性参数(如孔隙率、渗透率等),最终对瓦斯赋存和运移均造成很大的影响。另外,瓦斯的运移不仅改变了孔隙压力、有效应力以及煤层吸附膨胀变形,造成损伤的演化和积累,还会带走一部分热量,使煤岩温度场发生变化。而温度的改变不仅会对煤岩中应力分布造成影响,也会影响瓦斯的吸附性能以及扩散能力。因此煤层气抽采实际上是煤岩损伤场、温度场、瓦斯渗流场的多场耦合过程,本文基于煤岩卸荷破坏损伤理论、有效应力原理、多孔介质传质、传热机理和有限元的相关知识,通过理论推导、数值模拟等手段对多场耦合作用下煤岩损伤场、瓦斯渗流场的分布及演化规律进行了研究,这些成果对指导煤层瓦斯抽放设计、提高瓦斯抽采率等具有极其重要的理论指导意义,具体研究内容如下:(1)将煤岩视为孔隙-裂隙双重介质,针对煤岩损伤破坏特征,用有效应变定义了煤岩损伤变量,建立了考虑瓦斯压力、温度等影响的煤岩弹性损伤本构方程,定量地描述了瓦斯抽采过程中煤岩的损伤演化过程。(2)根据损伤度来描述煤岩破碎程度和以煤岩破碎时的体应变服从Weibull分布来模拟煤岩的非均质性,建立了其孔隙率和渗透率演化的力学模型,在考虑Fick扩散、Knudsen扩散以及滑脱效应对瓦斯流动的影响下,建立了瓦斯在损伤煤岩中的扩散、渗流耦合方程;另考虑瓦斯流动引起的内能变化、吸附热及煤岩变形对温度场的影响,建立了含瓦斯损伤煤岩的温度场控制方程。(3)利用FORTRAN语言对有限元源程序进行了二次开发,编制了同时考虑温度、瓦斯渗流、煤岩损伤变形的多场耦合分析程序,并对此程序的正确性进行了验证。(4)利用本程序对新庄孜煤矿瓦斯钻孔过程抽采进行了数值模拟。结果表明:抽采初期,钻孔周围煤体损伤影响范围在3.5 m左右,且随着抽放的不断进行,煤体损伤影响范围逐渐扩大,同时煤层渗透性增大一个数量级。(5)利用本程序对煤层气注热开采过程进行数值计算。结果表明:注热能显著提高瓦斯的解吸和扩散,提高产气速率和煤层气瓦斯开采效率。在定温边界下,注热的影响范围在0.5 m左右,产气速率和产气量增产分别超过110%、90%以上。