煤层气既是一种清洁能源,也是一种温室气体,实现煤层气规模化开采与利用对于能源结构的改善和生态环境的保护具有重大意义。然而,由于我国多层叠置含气系统的普遍发育,且开采中面临着不同煤储层间物性及流体性质差异大等一系列难题。因此,本文以贵州金佳煤矿18#煤层煤样为研究对象,利用自主研制的“叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验装置”开展了不同开采制度下叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验,揭示了不同开采制度开采中的储层压力、煤体温度、煤体变形和开采流量等参数的演化规律,对比分析了不同开采制度之间的开采效果差异,取得的主要研究成果如下:(1)运用自主研发的“叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验装置”开展了叠置含气系统煤层气单层开采物理模拟试验,设计了4个不同储层压力的煤层共同组成一个叠置含气系统,实现了单一煤层的独立控制产气,避免了叠置含气系统煤层气开采中的层间干扰现象,阐明了煤层气开采中的储层参数动态演化规律,揭示了煤层气开采过程中的层间影响机制。(2)在单层开采的基础上,开展了叠置含气系统煤层气合层开采物理模拟试验,分析了煤层气开采过程中的储层压力、温度、变形和流量等参数的实时变化规律,揭示了合层开采中层间的干扰现象,结果表明:煤层气从高储层压力向低储层压力的煤层倒灌,高储层压力煤层产能贡献相对较大,低储层压力煤层产能贡献相对较小。(3)基于单层开采与合层开采,开展了叠置含气系统煤层气递进开采物理模拟试验,优化了各煤层的产气时间,分析结果表明:递进开采能有效避免储层间气体倒灌现象的发生,降低了层间干扰,提高了低储层压力煤层产能贡献率与开采率,使得各煤层产能分配相对合理。(4)通过煤层气开采过程中的瞬时流量q、累积流量Q、产能贡献率ω和开采率η等参数定量分析,对比了单层开采、合层开采和递进开采之间开采效果的差异,探讨了不同开采制度条件下的各煤层产气特征,优选出了相对理想的开采制度(递进Ⅳ→Ⅳ+Ⅲ→Ⅳ+Ⅲ+Ⅱ→Ⅳ+Ⅲ+Ⅱ+Ⅰ的开采顺序)。(5)提出了差异系数D,定量评价了递进开采制度的优化效果,通过将各煤层差异系数D_i分为3种变化类型,发现叠置煤层差异系数D始终为正值,整体变化趋势呈现先上升后逐渐下降的演化规律,表明在叠置含气系统煤层气开采中,与合层开采制度相比,递进开采制度是一种更为理想的开采制度。