近期，采动国家重点实验室老师张通，联合合肥综合性国家科学中心、中煤科工西安研究院（集团）有限公司等多个科研机构，开展资源采动多场响应实验研究并取得了两项具有重大意义的研究成果，分别涉及地下采矿对煤体孔隙-裂隙特性演化的动态影响，以及含油煤在开采过程中应力、裂隙与渗流场的耦合响应。相关成果分别发表在能源和安全领域顶级期刊《Energy》及《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》。这些研究成果为提升煤矿资源的高效共采、提高煤层气及油气回收率，为资源安全高效开发提供重要理论支撑。
研究团队开发了一套在线低场核磁共振（NMR）真三轴加载系统，结合T2谱和核磁共振成像（MRI）技术，实现了煤体孔隙-裂隙结构与气液多相流的实时在线动态表征。实验模拟了浅层、中深层和深层煤层开采条件下的应力环境，揭示了孔隙压缩、扩张和裂隙生成的全过程。研究发现煤体内部孔隙包括吸附孔（AP）、渗流孔（SP）和迁移孔（MP），分别占比58%-67%、28%-43%和2.3%-7.5%。应力加载下，孔隙总量呈现动态下降、轻微回升和稳定阶段的演变特征。低应力条件下裂隙主要表现为扩展和生成行为，而高应力条件下则以孔隙的转化行为为主。孔隙-裂隙的连通性随着应力的增加依次经历动态增长、缓慢增长和轻微增长。弹塑性阶段形成的成熟渗流孔-迁移孔网络是瓦斯迁移的最佳通道，而高应力环境则更有利于孔隙裂隙的转化和瓦斯抽采，研究成果为煤与瓦斯高效共采提供了重要理论支撑。通过精准调控采矿应力条件，可优化煤体孔隙-裂隙结构的演化路径，进一步提升瓦斯抽采效率，同时降低资源开采过程中瓦斯灾害的发生风险。相关研究成果以“Dynamic pore-fracture characteristic and evolution influenced by the underground mining considering the in-situ stress”发表在《Energy》。
此外，研究团队设计了低场核磁共振（LF-NMR）多场相耦合实验系统，结合三轴渗流实验，模拟含油煤在不同围压（18MPa到2MPa）条件下的应力场重分布过程。实验通过核磁共振T2谱及MRI成像动态监测裂隙网络的演化过程，并探讨了裂隙网络对油气渗流和甲烷抽采效率的影响。发现了含油煤裂隙主要由微孔、中孔和大孔组成，其中大孔占比约80%，是渗流主导通道。随着应力加载，裂隙网络经历了压缩、稳定和反弹三个阶段，其形态受围压显著影响。实验表明，围压从18MPa降至10MPa时，裂隙网络形成了最佳油气迁移通道，油回收率达到40%。而低围压条件下（2-10MPa），裂隙导通性降低，导致油气迁移效率下降。煤体裂隙的生成由垂直应力驱动，而其扩展和分布受围压控制。裂隙网络的形态直接决定了煤层气和油的回收效率，瓦斯抽采技术在工程实践中表现出显著效果，抽采孔附近的甲烷浓度高达70%。本研究为含油煤资源的安全高效开采提供了理论依据。通过优化开采过程中应力场分布和裂隙网络形态，可以显著提升煤层气、油气和煤炭的综合回收率，同时有效降低瓦斯灾害风险。相关研究成果以“investigation on the coupling of stress-fractyre-seepage field during oil-bearing coal mining”发表在《International Journal of Rock Mechanics &Mining Sciences》。
实验室老师张通为论文的第一作者，袁亮院士为论文通讯作者，唐明博士等参与了重要研究工作。上述研究得到了国家自然科学基金委基金、安徽省优秀青年基金、合肥综合性国家科学中心（能源研究院）重大项目等多项资助。成果将为矿产资源安全高效开发、煤矿安全管理等方面提供重要理论支撑。
撰稿：朱传奇
核稿：马天兵
