我国煤炭资源丰富但煤层地质赋存条件较为复杂,煤层具有“三高一低”(高瓦斯含量、高瓦斯压力、高吸附性、透气性低)的特点,使得煤矿生产瓦斯灾害严重,特别是近年来煤炭开采深度的增加更进一步加大了煤层瓦斯的治理难度。预抽煤层瓦斯是无保护层开采的单一低透气性煤层防治瓦斯灾害的主要区域性措施,但由于煤层透气性较低需要采取必要的卸压增透强化措施。本文利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统及旋转高压水水力冲孔试验装置,在实验室进行水力冲孔、水力压裂、冲压一体化的物理模拟试验,研究在实施水力化卸压增透措施的过程中煤层所受应力、应变等参数的演化规律,并建立相应的卸压增透效果评价方法。主要取得如下研究成果:(1)根据煤矿现场的水力冲孔设备,考虑实验室现有条件,设计研发了实验室可行的旋转高压水水力冲孔试验装置,该装置能够调节冲孔转速、水压、钻进速度等参数的大小,按照不同的试验方法实现不同冲孔转速、不同水压、不同钻进速度等条件下的水力冲孔物理模拟试验。(2)采用力控制的水力冲孔过程中各个方向上的应力保持不变,应变逐渐增大;而位移控制的水力冲孔过程中各个方向上的应变保持不变,应力逐渐增大。水力冲孔后的孔洞截面近似呈圆形,且冲孔转速与孔洞大小成正比,冲孔转速越大,冲出的孔洞越大;推进速度与孔洞大小成反比,推进速度越小,冲出的孔洞越大。(3)水力冲孔卸压增透效果明显,和水力冲孔前抽采相比,水力冲孔后的抽采过程中气体压力下降速度增大,气体流量增加,达到消突标准的时间缩短,抽采效率明显提高。(4)进行水力压裂时注水压力曲线受应力、型煤的物理力学性质等多种因素的影响而表现出不同的形态特征,但都会经历如下过程:水压开始时增加缓慢,后又迅速增加直至达到起裂压力,煤体被压开,然后水压降至裂缝延伸所需要的压力。此外,和水力压裂前的抽采相比,水力压裂后的抽采过程中气体压力下降速度增大,气体流量增加,达到消突标准的时间缩短,抽采效率明显提高。(5)通过对比初始抽采、水力冲孔、水力压裂、冲压一体化后的抽采过程中气体压力的下降速率,发现冲压一体化的卸压增透效果要强于单一的水力冲孔或水力压裂。