新形势下我国煤炭工业的发展面临着严峻的挑战。国家对煤矿瓦斯治理工作高度重视的形势下,我国煤矿瓦斯抽采工作却存在着极大的技术瓶颈和困难。据统计,全国95%以上的高瓦斯和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层,渗透率多在10-3~10-4 md数量级,瓦斯抽采(特别是预抽)影响范围小、衰减速度快、抽采难度大。但现有的瓦斯抽采技术无法有效解决低透气性煤层高效抽采的难题,直接造成矿井瓦斯抽采率低下,“抽、采、掘”比例失衡。为治理瓦斯,低透气性高突矿井不得不投入大量的人力、物力、财力用于瓦斯抽采,由于缺乏抽采技术的突破,或者是矿井发展步履维艰,抽采治理不彻底导致瓦斯超限频繁、安全隐患严重、瓦斯事故频发,严重威胁煤矿安全生产。而煤层瓦斯抽采不仅能够有效解决瓦斯灾害问题,同时也有利于将瓦斯作为一种能源加以利用,可以减少温室气体的排放,达到环境保护的目的。由于目前对煤层瓦斯抽采过程中煤层参数的演化机理不甚了解,我国的煤层瓦斯抽采效果一直不理想。本文利用重庆大学自主研发的多场耦合煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统,分别模拟了不同煤层受力条件、不同吸附性气体条件和不同抽采方式条件下煤层瓦斯抽采物理模拟实验,通过分析煤层瓦斯抽采过程中煤层参数的演化规律,从而为现场的瓦斯抽采工作中合理确定抽采参数提供了依据。主要研究成果如下:(1)在抽采瓦斯过程中,煤层气体压力在初期降低较快后期降低缓慢,并且距离钻孔越近,气体压力下降速度越快;在各个层面、纵面及断面上,煤层瓦斯等压线均呈现出以钻孔为中心的圆环形分布,距离钻孔越近,瓦斯流速越大;地应力集中区和受采动影响较小的原始区的煤层渗透性较差,瓦斯抽采过程中,气体压力降低较慢,抽采难度大。(2)煤层变形受地应力、抽采位置、抽采时间和煤层气体压力等因素的共同影响,且抽采初期的煤层变形速率较大;煤层σ1方向的变形普遍大于σ2和σ3方向的变形,σ3方向的变形与煤层所受的地应力大小σ3呈正比;由于最先产生变形的煤层引起的泊松效应限制了距离抽采位置较远煤层的变形量,所以距离抽采位置越近,抽采过程中煤层变形速率和最终变形量越大;煤层中的气体压力越大,煤层变形速率越快,在气体压力降低并趋于稳定后,煤层变形达到一个稳定状态。(3)煤层瓦斯解吸吸热导致煤层温度下降,且温度和流量具有很好的相关性,都表现出在抽采初期下降较快,后期下降缓慢,其中温度随时间的下降量符合对数函数关系;距抽采钻孔越近,瓦斯解吸速度及温度下降越快、温度下降量越大,且垂直钻孔方向的温度梯度大于平行钻孔方向的温度梯度;初始气体压力越大,瓦斯解吸速度及煤层温度下降越快、温度下降量越大,而有效应力越大,瓦斯解吸速度及温度下降越慢、温度下降量越小,表明初始气体压力对解吸过程中煤层温度的影响效果较地应力更加显著。