本项目针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯事故频发的总体背景，以煤层采掘过程中煤岩灾变的多场多尺度耦合机理为研究主线，综合运用采矿学、矿山压力与岩层控制学、矿山工程力学、损伤断裂力学、渗流力学、弹性力学、多尺度力学等理论，采用室内试验、数值编程计算及现场监测分析相结合的方法，开展了大量的研究工作，其主要研究内容包括以下几点：

      （1）高瓦斯低透煤层煤岩样力学性质及其对瓦斯吸附/解吸试验研究

完善自主研发的瓦斯吸附/解吸激振及测试系统，研究温度、瓦斯压力及激振动态载荷力对煤吸附/解吸瓦斯的影响。

       通过室内试验建立煤样的吸附/解吸特性（Langmiur体积常数、Langmiur压力常数）、扩散特性（扩散系数）、对流特性（传热系数）和渗透特性（渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数）与煤样应变之间的关系。为煤层及其围岩变形-瓦斯运移耦合的动力学响应计算提供必要的参数。

     （2）高瓦斯低渗透性煤层煤岩破坏多尺度耦合模型研究

      通过现场取样，对煤岩试样进行电镜扫描、载荷作用下高分辨率工业CT扫描和现场观测，获得煤岩体微观结构、细观损伤及宏观裂隙在应力场中的发展和分布规律。

      采用多尺度力学方法，建立高瓦斯低透气煤层煤岩的三维微单元强度分布模型及其受力的邻近单元加权分担模型。

     （3）多场耦合下矿压显现信息与瓦斯涌出量的异常变化关系研究

       通过现场观测，分析矿压、瓦斯涌出量的影响因素，掌握矿压显现和瓦斯涌出量异常变化规律。以矿井中含瓦斯煤岩体构成的大系统作为研究对象，分析应力场-裂隙场-瓦斯场共同作用下，围岩变形、瓦斯吸附/解吸、扩散和渗流等多种运动之间的耦合作用，建立具有复杂系统特征的瓦斯运移耦合动力学模型。运用快速Lagrange分析法编制其动力学响应计算程序，并进行实例计算和分析。

      （4）高瓦斯低透煤层煤岩灾变的多场多尺度耦合模型研究

       综合以上三点研究结果，在多孔介质有效应力原理基础上，研究因大量微损伤的积累并通过跨尺度的非线性串级发展而诱发的煤岩宏观灾变，给出煤岩宏观破坏的概率函数和跨尺度敏感性函数，研究采掘过程中，含瓦斯煤岩在应力场-裂隙场-瓦斯场的综合作用下，温度、瓦斯压力及孔隙率等因素对煤岩宏观破坏概率和跨尺度敏感性的影响。

       本项目研究的对象赋存环境复杂，围岩介质运动形式多，耦合关系复杂，计算动力学响应的难度大，所建立的动力学模型更接近实际。本项目的创新点体现在以下几方面：

      （1）利用自主研发的激振及测试系统获得低频动态载荷与瓦斯吸附量间的定量关系。

完善自主研发的瓦斯吸附/解吸激振及测试系统装置，针对高瓦斯低透气煤层煤样进行动态吸附/解吸试验，定量获得温度、瓦斯压力及低频激振动载对煤吸附/解吸瓦斯的影响规律。

      （2）煤层及其围岩变形-瓦斯运移耦合的动力学响应计算程序

目前，Lagrange快速分析多用于围岩体稳定性方面的计算，即利用Gauss公式由节点速度计算单元应变率，利用本构关系由单元应变计算单元应力，再由动量守恒关系计算节点的加速度、速度和位移。

     （3）高瓦斯低透气煤岩多场多尺度耦合模型的建立及其灾变机理分析

将应力场-裂隙场-瓦斯场耦合下煤层及其围岩变形-瓦斯运移耦合动力学模型所获得的动力响应结果引入所建立的煤岩破坏的多尺度耦合模型，分别考虑温度、瓦斯压力及孔隙率等因素影响下煤岩破坏失稳机理并给出其宏观破坏概率函数和跨尺度敏感性函数，揭示多场多尺度耦合下高瓦斯低透气煤层煤岩体灾变机理。

       通过多场耦合下矿压显现与瓦斯涌出量的异常变化进行分析瓦斯涌出特征和瓦斯运移规律，建立具有复杂系统特征的瓦斯运移耦合动力学模型，为工作面的安全生产的正常运行提供了科学依据。