随着煤矿开采深度的增加,地应力、流体压力增大,地温升高,煤岩体处于应力场、渗流场、温度场等多场耦合状态。在采动影响下,由于煤岩体的失稳破坏而导致的煤与瓦斯突出等动力灾害事故频发,对煤矿的安全生产造成了严重的威胁。为此,本项目成功研发了 “多功能真三轴流固耦合试验系统”、“三向加载大型三维相似模拟试验系统”、“煤岩热流固耦合试验系统”,形成了从一维到三维、多场耦合作用下多尺度煤岩体力学系列试验装备。结合国家“973 计划”项目、国家科技重大专项项目、国家自然科学基金重点项目以及企业合作项目进行了大量的理论、试验研究和现场应用,取得了创新性的研究成果:1.研发了“多功能真三轴流固耦合试验系统”。该系统可进行真三轴应力(σ1>σ2>σ3)条件下煤岩力学特性、瓦斯渗流规律以及气水致裂的试验研究。为研究真三轴流固耦合条件下煤岩的力学特性、流体渗流规律及气水致裂技术提供了新的试验手段。2.研发了“煤岩热流固耦合试验系统”。该系统能够开展应力场、温度场和渗流场等多物理场耦合条件下煤岩失稳破坏与流体渗透规律的试验研究,并可实现CO2 对煤层瓦斯及页岩气的驱替与致裂试验。3.研发了“三向加载大型三维相似模拟试验系统”。该系统能够实现三向不等应力的多级独立加载和倾角无级调整,可真实地模拟三维采动应力条件下的岩层移动与采动裂隙演化规律。4.建立了煤岩热流固耦合数学模型,首次获得了真三轴应力条件下煤岩中瓦斯渗流规律,建立了真三轴应力条件下煤岩渗透率理论模型,揭示了真三维采动条件下煤岩体破断规律及瓦斯运移富集规律,提出了真三轴应力条件下的煤岩渗流测试方法与气、水致裂试验方法,获得了水压致裂、气体致裂提高瓦斯抽采率的关键技术参数,为煤与瓦斯共采及瓦斯动力灾害的防治提供了理论和试验基础。5.提出了“基于采动裂隙演化的煤层瓦斯抽采方法”和“气水致裂增渗导流方法”,指导了应用矿井的瓦斯抽采钻孔布置,瓦斯抽采效率提高15~20%,水压致裂后平均钻孔抽采效率提高14 倍、CO2 致裂后平均钻孔抽采效率提高5 倍。本项成果已获国家发明专利20 项、实用新型专利9 项。在科学出版社出版专著5 部,在国内外权威期刊发表SCI、EI 论文207 篇,发表的论著被他引2761次。其研究成果在河南、四川和重庆等地的十余座煤矿进行了应用,取得了显著的经济和社会效益。