瓦斯是成煤过程中产生的伴生气体,是影响煤矿安全生产的主要因素,也是一种储量及热值与天然气相当的不可再生资源。因此实现煤层瓦斯井下规模化抽采不仅是预防矿井瓦斯灾害的根本保证,同时也是瓦斯综合利用的前提工作。近年来,随着开采深度的增加,深部煤岩瓦斯复合动力灾害危险性加大,如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采已成为保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。本文在国家自然科学基金重点项目（51434003）的资助下,针对液态二氧化碳相变射孔煤岩体致裂增透机理,综合采用岩石力学、渗流力学、空气动力学、断裂力学等理论基础,基于理论研究、实验研究、数值模拟研究、现场研究等方法,进行液态CO₂相变射孔煤岩体致裂实验装置研发、液态CO₂相变射孔气体冲击动力学特征研究、液态CO₂相变射孔冲击煤岩体致裂裂隙扩展力学机理研究、液态CO₂相变射孔冲击煤岩体致裂及裂隙扩展规律实验研究、低透煤层液态CO₂相变射孔致裂卸压增渗机理研究。在以上实验及理论研究基础上,进行液态CO₂相变射孔煤岩体致裂技术装备研发,在川煤集团白皎煤矿及杉木树煤矿进行试验及工业应用取得良好的应用效果。本文主要研究成果如下:（1）分析获得了白皎煤矿试验地点煤岩物质组成、微观结构特征、气体吸附特征及其基本力学性质等参数;理论研究提出了一种可避免取样角度偏差造成误差的Kaiser效应法地应力计算方法,采用空心包体应力解除法进行测试结果验证,表明本研究提出的计算方法合理可靠。（2）针对“液态CO₂相变射孔气体冲击动力学特征”,理论分析得到了液态CO₂相变高压气体冲击射流出口速度及质量流量理论模型,建立了定量液态二氧化碳相变高压气体冲击射流出口压力理论方程;自主研发“液态CO₂相变射孔煤岩体致裂实验装置”,开展了液态CO₂相变射孔气体射流冲击动力学特征实验研究,揭示了射流速度与系统初始压力及射流打击力与系统初始压力、靶体距离、靶体夹角之间的关系。（3）围绕“液态CO₂相变射孔冲击致裂裂隙扩展机理”研究,进行煤岩体液态CO₂相变射孔冲击起裂压力及起裂模型研究,获得地应力条件下倾斜钻孔孔壁起裂压力理论方程,提出了地应力条件下倾斜钻孔优势致裂方向判断方法;计算得到破坏区半径随冲击破坏时间及空间位置的变化规律曲线,理论研究得到考虑三维主应力的含瓦斯煤岩体Ⅰ型裂纹液态二氧化碳相变高压气体射孔致裂裂隙扩展理论模型,建立了液态二氧化碳相变高压气体冲击作用下含瓦斯煤岩体张开型（Ⅰ型）及剪开型（Ⅱ型）裂纹冲击及剪切断裂判据,揭示了液态二氧化碳相变高压气体冲击破岩及裂隙扩展力学机理。（4）采用自主研发“液态CO₂相变射孔煤岩体致裂实验装置”针对“液态CO₂相变射孔冲击致裂裂隙扩展规律”,系统开展了煤岩体液态CO₂相变射孔冲击破坏宏微观特征实验研究、三轴应力条件下液态CO₂相变射孔致裂及裂隙扩展规律研究。液态CO₂相变射孔冲击煤岩体破坏及其宏微观特征实验研究表明,实验煤样破坏阈值压力为17 MPa,随着射流压力的增加,致裂破坏区面积增大;液态CO₂相变高压气体射流冲击造成的孔隙、裂隙数量与尺寸随着射流压力的增大而增大,最大可提高煤样孔容188.51%,提高煤样孔隙度163.01%。三维地应力下液态二氧化碳相变高压气体射孔煤岩体冲击致裂破坏及裂隙扩展规律研究,表明该技术可用于地应力条件下煤层致裂,且致裂裂隙尺寸与射流初始压力之间呈指数关系;随着射流初始压力的增大主裂隙扭转趋势减小,试件主破裂面的起伏程度降低、表面擦痕减少,内部微裂隙数量增加;受三维地应力大小分布影响液态CO₂相变射孔致裂裂隙会向主应力较大的方向扩展;液态CO₂相变射孔致裂裂隙随着试件力学强度的增大而减小;受层理影响穿层钻孔致裂裂隙主要沿层理软弱结构面扩展,顺层钻孔致裂裂隙扩展至层理处会发生较大的方向改变;含裂隙煤岩体致裂裂隙扩展受钻孔与裂隙空间位置影响,当裂隙面与致裂孔相交时,试件沿裂隙面产生破坏形成复杂裂隙网络,当裂隙面与致裂孔距离较远时,试件破坏不受裂隙影响。（5）围绕“低透煤层液态CO₂相变射孔致裂卸压增渗机理研究”,采用“含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置”进行含瓦斯煤岩体卸压增渗实验研究,理论研究建立了基于立方体结构的煤岩体卸压损伤渗透率模型,验证表明该模型能够有效反映煤岩体卸压损伤过程中瓦斯渗流规律;建立了穿层钻孔抽采过程煤层瓦斯压力分布模型,表明煤层瓦斯渗透率、综合压缩系数、瓦斯抽采时间及抽采流量等是影响煤层瓦斯压降速度的主要因素。（6）围绕“低渗煤岩体液态CO₂相变射孔致裂增透技术应用研究”,改进研发了“液态CO₂相变射孔煤岩体致裂技术装备”,白皎煤矿现场试验表明该技术可有效提高瓦斯抽采浓度及流量9¹2倍,降低试验区域瓦斯抽采流量衰减系数92%;提出了液态CO₂相变射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可提高巷道掘进速度4-5倍。杉木树矿S3012综采工作面应用表明该技术,较常规密集钻孔方法可提高煤层瓦斯抽采效率15.71%,实现向斜轴部应力集中区松软煤层高突危险工作面回采期间的“零超限”。