煤炭学报

作者：李钊, 倪冠华, 付正麟, 巩俐, 尚元梦, 崔迎雪, 李茉玉,

关键词：煤层增透, 瓦斯抽采, 液态CO₂, 裂隙扩展, 渗透率,

深部低渗煤层瓦斯抽采效率低、治理时间长是制约煤炭安全高效开采的瓶颈问题。液态CO2相变致裂作为一种无水化增透措施，一方面可避免煤层水锁效应，另一方面可置换煤中瓦斯，强化抽采效果。为揭示液态CO2相变致裂对煤体增透的作用机制，以神木柠条塔和平煤十矿煤样为研究对象，通过霍普金森压杆动态冲击试验、高压CO2致裂试验和三轴压缩渗流试验，探究不同阶段的煤体破坏行为及渗透特性。结果表明：随着冲击速度的增大，煤样峰值应变率、动态峰值强度呈增加趋势，神木柠条塔煤样破坏方式由劈裂破坏向压碎破坏转变，应力−应变曲线不具有二次承压阶段，平煤十矿煤样破坏模式以劈裂为主，且具有明显的应变硬化现象；垂直主应力和煤体起裂压力之间存在显著线性关系，垂直主应力每升高1 MPa，起裂压力约增大0.6 MPa，对于裂隙发育程度较高的神木柠条塔煤样，致裂作用主要体现在裂隙的贯通与扩展，而对于结构致密的平煤十矿煤样则主要体现在新裂隙的形成；倾斜裂隙对煤体力学强度具有较强的劣化作用，可大幅降低煤体破坏所需的应力，围压作用下，含倾斜裂隙煤样其峰值应力较原煤降低约50%，其渗透率增大为原煤的12.7～14.9倍。研究揭示了液态CO2致裂“动态破碎—静态扩展—地应力挤压”3阶段的协同增透机制，可为液态CO2致裂增透技术的推广应用提供理论参考。

来源：2025年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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