作者信息: 本研究的主要作者是宋浩然、林柏泉、赵洋、孔佳和查伟，他们隶属于中国矿业大学的煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室和安全工程学院。此论文发表于《西安科技大学学报》2019年第39卷第3期。
学术背景: 本研究集中于煤层瓦斯抽采中的关键问题，特别是在深部煤层中面临的高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量和低渗透性等复杂条件下的挑战。瓦斯是矿井动力灾害的主要因素之一，容易导致爆炸和突出事件。提高瓦斯抽采效率不仅能减少灾害发生，同时促进瓦斯资源的利用。本研究的目标是分析水力割缝钻孔周围瓦斯压力以及渗透率的时空演化规律，以提高深部煤层瓦斯抽采的效率。
研究流程: 本研究通过建立包含单孔与多孔的瓦斯抽采模型，考虑煤层的各向异性和非均质性，以及煤体应力-变形场与瓦斯渗流场之间的耦合作用。研究首先假设煤体变形处于线弹性阶段，瓦斯流动遵循达西定律，且进行等温处理。接着，煤体的细观单元的力学性质使用Weibull分布来模拟其非均质性。模型建立在COMSOL Multiphysics软件中，结合数值模拟和现场实验数据验证模型的准确性和适用性。
主要结果: 1. 瓦斯压力变化: 平行层理方向的瓦斯压力降幅大于垂直层理方向，因此燃烧影响范围在模型中呈“椭圆形”，表明了煤层各向异性的明显表征。 2. 渗透率变化: 平行层理方向的渗透率高于垂直方向，初期渗透率增加幅度较快，这一变化曲线呈现出不规则的锯齿形象，表明煤体的非均质性。 3. 模型验证: 通过杨柳矿4#钻场的现场测试结果，验证了数值模拟的合理性与有效性，模拟结果显示现场煤体抽采率与数值模拟结果基本一致。
研究结论及价值: 本研究表明煤层的各向异性和非均质性对钻孔周围瓦斯抽采有重要影响。研究结果对于深入理解煤层渗透率和瓦斯压力的演化规律以及如何优化瓦斯抽采技术有重要指导意义。从理论指导上，为瓦斯抽采钻孔的布置提供了依据，从实用面来看，可有效提高煤矿瓦斯抽采效率，降低安全风险。
研究亮点: 本研究创新性地整合了煤体的各向异性与非均质性对瓦斯抽采影响的模型，结合现场实测数据验证的过程，使得其结论更具实际应用价值。同时，研究提出了数学与物理模型的联合验证方法，开创了煤层多场耦合模型研究的新思路。
通过对各向异性和非均质性影响的深入分析，本研究为未来煤矿安全生产和瓦斯资源化利用提供了坚实的科学依据，具有显著的学术价值和应用前景。