煤层气作为一种储量巨大的非常规天然气,在我国有着较大的开发前景。但由于我国大部分煤层气储层的孔隙不发育,并且渗透率极低(渗透率一般<l×l0-14m2),相比常规天然气藏开发难度大。目前,在煤层气开采过程中,通常采用与常规天然气储层增透方法相同的水压致裂方法增加储层渗透性。但水压致裂方法存在很多弊端,其所采用的压裂液对储层的伤害问题及环境污染问题日益凸显。另外,在水资源贫瘠的地区,水压致裂更加难以实施。与传统水压致裂相比,气体致裂技术能够克服水压致裂的如上缺点。因此,本文以气体致裂过程中的煤岩体损伤为主线,重点针对高压空气爆破压裂和气压致裂开展物理试验、理论建模和数值模拟方面的研究工作,主要成果包括:(1)使用水泥硬砂浆相似材料来模拟煤样,分别考虑自由边界和约束边界两种条件,开展高压空气爆破试验,获取气爆波形等数据,得到了试验条件下,自由边界气爆产生5-6条主裂隙,约束边界条件下气爆产生10余条主裂隙,约束边界气爆效果优于自由边界气爆。(2)将气爆压裂过程视为准静载压力作用或动-静组合压力共同作用的结果,考虑初始地应力场的作用,建立煤岩体压裂过程的力学模型。基于Matlab与有限元软件COMSOL Multiphysics实现模型的数值求解,为研究煤岩体气压致裂机制提供一个数值模拟工具。(3)针对高压空气爆破致裂过程开展数值模拟,探讨气爆应力波、准静态气体压力、地应力条件等因素对爆生裂纹的影响机理,揭示了高压空气爆破提高瓦斯抽采效率的机理。同时,针对多种气压致裂过程进行数值模拟,研究表明裂隙数目随模型均质度的升高而减少;不同压裂气体促使模型产生不同的压裂效果、气体流速升高会极大的促进压裂裂隙形成。(4)根据某煤矿工程实际,建立含夹矸煤层的非均质模型,针对含夹矸煤层的气压致裂与高压空气爆破过程开展数值试验,研究了夹矸层厚度、夹矸层距压裂孔距离、夹矸层渗透率、围压等因素对裂纹萌生、扩展过程的影响。模拟结果显示,采用气爆致裂可有效的避免气压致裂存在的缺点,采用起爆气爆致裂有利于致裂过程中损伤裂隙的形成与扩展。