李清淼，梁运培，邹全乐

(1.成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059; 2.成都理工大学 环境与土木工程学院,四川 成都 610059; 3.重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044; 4.重庆大学 资源与安全学院,重庆 400044)

循环载荷对煤岩的强度、损伤及渗透性质能够产生较大影响并具有广泛的工程应用基础，例如煤层群开采多重保护工程中，被保护层煤岩将受到循环加卸载作用，这会显著改变煤岩的力学及渗流特性。相关研究结果表明:瓦斯对煤的力学性质及能量耗散特征具有显著的影响，且不同加卸载路径下煤岩力学及渗流特性与常规加载下的性质存在显著差异[1-6]。因此，有必要深入研究不同加卸载路径下含瓦斯煤的力学和渗透特性[7-8]。相关学者对上述课题进行了卓有成效的探索。王广荣等[9]研究了煤岩全应力-应变过程中的渗透特性，认为瓦斯在煤岩中的流动特性与受载过程中煤岩内部产生的损伤演化密切相关;围压使煤岩内部的瓦斯通道发生压密闭合，导致渗透率随围压的增大而减小。段敏克等[10]通过含瓦斯原煤分级加卸载试验分析了煤体变形、渗透特性及耗能特征，并建立了相应的损伤变量方程。郭红玉等[11]基于地质强度指标对煤体结构进行了定量表征，并通过不同卸荷点下原煤卸荷实验探究了煤体在全应力-应变过程中渗透特性的变化规律。张先萌等[12]通过卸载围压来模拟煤层开挖，开展了含瓦斯原煤的三轴渗流试验，阐明了原煤瓦斯渗流特性的三阶段特征。尹光志等[13]揭示了围压卸除对含瓦斯原煤渗流特性的影响。袁曦和张军伟[14]通过对不同路径下型煤的瓦斯渗流试验，揭示了分阶段卸载围压下煤样的变形和渗流特性。综上所述，煤岩的力学及渗流行为特征与其所受的载荷形式密切相关，研究循环加卸载条件下含瓦斯煤的力学及渗流特征对揭示多重保护下被保护煤层渗透性能演化规律及瓦斯抽采工程设计更具理论和实践指导意义。

基于此，笔者设计了3种不同的循环加卸载路径，通过应力-应变和应力-渗透率曲线揭示了不同循环加卸载路径下含瓦斯煤的变形及渗流特性，借助加卸载响应比理论，阐明了不同循环加卸载路径下煤岩损伤演化特征，采用增透率和渗透应力敏感系数对不同循环加卸载路径下含瓦斯煤的渗透演化特性进行了量化表征。研究成果为深入揭示多重保护下煤层增透机制及基于循环荷载致裂(重复水力压裂等)的煤层强化增透机制提供理论支撑。

1 实验设备及方案

1.1 实验设备

实验采用重庆大学自主研发的含瓦斯煤流固耦合三轴渗流实验装置进行[15]。该实验装置可以进行煤岩在不同地应力场(围、轴压)和不同气体压力作用下的气体渗流试验，实验装置及实验腔体构成示意如图1所示。

图1 含瓦斯煤流固耦合三轴渗流实验装置及实验腔体Fig.1 Triaxial seepage equipment for measuring the hydro-mechanical coupling property of gas-bearing coal containing methane and the experimental chamber

1.2 实验煤样

实验所用煤样取自平顶山十矿和袁庄煤矿。对获取的煤样进行取芯、切割和打磨，制成直径为50 mm、长度为100 mm的标准圆柱体煤样。煤样的工业分析结果见表1。

表1 煤样工业分析结果
Table 1 Results of proximate analysis of the coal sample

%

1.3 实验方案

笔者曾开展了煤层群开采条件下被保护层应力状态实时监测的相似模拟实验。相似实验模型如图2所示。实验中，在依次开采5号煤层和6号煤层的条件下，实时监测4号煤层的应力状态，监测结果如图3所示。由图3可知:在5号煤层开采80 m以前，4号煤层监测点处的煤体经历了明显的应力集中作用，而6号煤层开采过程中4号煤层监测点处的煤体又经历了多次应力集中和应力卸除作用。

图2 多重保护下被保护层应力状态实时监测相似模拟Fig.2 Simulation of the real-time monitoring of stress state of the protected coal seam under multiple protection

图3 保护层开采后被保护层的应力状态Fig.3 Stress of protected seam with protective seam mining

基于上述分析，为了研究复杂应力集中及卸载作用下煤层的强度、损伤及渗透特性，本文设计了3种简化的循环加卸载应力路径，如图4所示。实验步骤简述为:首先以0.05 MPa/s的速度将轴向应力和围压同时加载到2 MPa，然后保持充入压力为1 MPa的瓦斯，瓦斯体积分数为99.99%。在该状态下保持24 h，使煤样达到吸附饱和。保持围压不变，继续以0.05 MPa/s的速度施加或者卸载轴向应力直至煤样破坏。

2 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤变形-渗透特征

假定通过原煤的瓦斯渗流过程是等温过程，而且瓦斯是理想气体。根据达西定律，煤的渗透率可以用式(1)[16]进行连续计算:

(1)

式中，K为渗透率，m2;v为煤体的气体渗流速度，m3/s;Pa为大气压力，Pa;A为试件横截面积，m2;L为试件长度，m;P1为进气口气体压力，Pa;P2为出气口气体压力，MPa;μ为气体黏度，Pa·s。

实验过程中，实时监测得到原煤的轴向应变ε1和侧向应变ε2，通过式εV=ε1+2ε2计算得到原煤的体积应变εV，通过绘图可以得到不同循环加卸路径下原煤的全应力应变曲线和渗透率-轴向应变曲线(K-ε1曲线)。

2.1 应力路径1下试验结果及分析

2种煤样在应力路径1下的实验结果如图5所示。图中给出了渗透率曲线的局部放大图。由图5可知，在阶梯加卸载试验过程中，2种煤样的渗透率变化与轴向应力应变曲线具有显著的一致性。原煤渗透率的变化趋势总体表现为:随着加卸载循环的增加，煤样的渗透率在压实阶段显著下降，在弹性阶段呈缓慢下降趋势，而在屈服阶段有缓慢上升趋势，当煤样发生破坏时，渗透率急剧升高。

图4 3种循环加卸载路径Fig.4 Three cyclic loading-unloading paths

图5 应力路径1下原煤应力-应变及渗透率关系曲线Fig.5 Relationships among the stress,strain and permeability of raw coal under stress path 1

图6 应力路径2下原煤应力-应变及渗透率关系曲线Fig.6 Relationships among the stress,strain and permeability of raw coal under stress path 2

应力-应变关系:2种煤样轴向应力应变都存在滞回环，反映了煤样具有塑性特性，随着轴向应力的增大，滞回环面积逐渐减小;屈服阶段之前径向应变较小，主要发生轴向变形，说明循环过程轴向应变起主导作用，径向变形影响较小。

渗透率-应变关系:随着循环荷载的施加，2种煤样的渗透率整体随应力的增大而降低;在第1个循环中出现明显的滞回环，在随后的循环中，滞回环逐渐减小，说明随着应力的增大，煤样的塑性降低而弹性增强，应力加卸载对煤样的渗透率影响逐渐减弱。袁庄煤样的滞回环在渗透率-应变曲线上方，而平顶山煤样在下方，说明平顶山煤样具有比袁庄煤样较大的塑性，应力卸载后渗透通道恢复量较小。

此外，在应力路径1下，随着循环次数的增加，应力应变曲线中卸载曲线和加载曲线构成的面积逐渐减小，卸载阶段和加载阶段弹性模量逐渐增大直至重合。而此时的渗透率在加载阶段逐渐与卸载阶段的大小相接近，滞回环逐渐减小。这都说明随着循环荷载的施加，煤样的弹性性质逐渐增强，裂隙变形也能够得到最大限度地恢复。

2.2 应力路径2下试验结果及分析

图6给出了2种煤样在应力路径2逐级增大峰值载荷的作用下的应力应变及渗透率关系曲线。由图6可知:应力路径2下原煤轴向应力峰值和轴向应变的包络线与单向加载曲线相似，说明煤样具有良好的力学记忆性能。与应力路径1类似，原煤径向变形显著小于轴向变形。2种煤样的应力及变形规律相似，平顶山煤样的渗透率大于袁庄煤样，但随应力加卸载的变化规律基本相同。

图7给出了平顶山煤样前3次循环下轴向应力-应变和渗透率-轴向应变曲线。由图7可知:随着轴向应力的增大，渗透率整体呈减小趋势。在前2个循环中，卸载阶段的渗透率小于加载阶段的渗透率，这是由于前2个循环煤样被压密，孔隙变小，发生不可恢复的变形，使渗透率降低后无法在卸载阶段恢复。从第3个循环开始，直至破坏阶段之前，每个循环中卸载阶段的渗透率都大于加载阶段渗透率。这是由于每1次加载的峰值应力都对煤样造成了损伤，使裂隙增加，在卸载阶段渗透率增大。最后在屈服阶段渗透率急剧增大。袁庄煤样在各循环阶段变化规律与之相似，不再赘述。

2.3 应力路径3下试验结果及分析

2种煤样在应力路径3下的实验结果如图8所示。图8中给出了渗透率-轴向应变曲线的局部放大图。由图8中袁庄煤样结果可知:在应力路径3交叉循环加卸载作用下，第4和第2循环应力水平相同，第3和第6循环应力水平相同，但是相同应力水平下的应力曲线并不重合，经过之前的较高应力水平后都产生了应变累积。平顶山煤样也具有相似的结果。

图7 应力路径2前3次循环下平顶山煤样的轴向应力-轴向应变和渗透率-轴向应变曲线Fig.7 Curves of axial stress-axial strain and permeability-axial strain of raw coal under every cycle of stress path

图8 应力路径3下原煤应力-应变及渗透率关系曲线Fig.8 Relationships among the stress,strain and permeability of raw coal under stress path 3

图9给出了若干循环下袁庄原煤轴向应力-应变和渗透率-轴向应变曲线。由图9可知:前2个循环中，卸载过程的渗透率远小于加载过程，说明煤样仍处于压密闭合阶段，孔隙被压缩减小后无法完全恢复。而第3个循环中，卸载过程的渗透率与加载过程的渗透率非常接近，说明煤岩处于弹性变形阶段。第4个循环的应力水平与第2个循环的应力水平相同，但是卸载过程中应力应变滞回环明显小于第2个循环，而且卸载阶段的渗透率大于加载阶段的渗透率，说明煤样已经进入屈服阶段，循环造成的累计损伤不断加大，应力卸载后孔隙变大，渗透率增强。在第5个循环中，应力水平进一步增大，卸载后的渗透率进一步增强;第6个循环的应力水平与第3个相同，但是卸载阶段的渗透率更大，说明进入屈服阶段后煤样的损伤随着循环的增多而增大。平顶山煤样也具有相似的规律，不再赘述。

图9 应力路径3部分循环下袁庄原煤的轴向应力-轴向应变和渗透率-轴向应变曲线Fig.9 Curves of axial stress-axial strain and permeability-axial strain of Yuanzhuang raw coal under every cycle of stress path 3

3 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤渗透性能演化特征

3.1 加卸载历史对渗透率的影响

针对应力路径1定义首次加载至峰值时的渗透率值为Kf，处于应力加载上升阶段与Kf同一应力水平处的渗透率值为Ks，处于谷值的渗透率值为Kg。Ks/Kf和Kg/Kf分别是上升阶段和谷值阶段相对于峰值阶段时的渗透率恢复率。在应力路径1作用下，原煤的上述渗透率值定义如图10所示。

图10 应力路径1下渗透率指标定义示意Fig.10 Definition of permeability indices under stress path 1

图11给出了应力路径1中不同应力水平下2种煤样渗透率及其恢复率的变化情况。由图11可知:随着循环加卸载的施加及轴向应力的增大，2种煤样的渗透率整体都呈快速减小的趋势。袁庄煤样的Ks/Kf和Kg/Kf随着轴向应力的增大呈现先降低后增大的变化趋势，而平顶山煤样的Ks/Kf呈减小趋势，Kg/Kf呈增大趋势。相同应力水平下，经过卸载-加载过程后的渗透率都有降低趋势，相对恢复率随着轴向应力的增大而先降低后增大。屈服阶段之前的煤样，孔隙结构受应力变化呈现塑性性质，加卸载作用能够使渗透率降低。

图11 应力路径1下渗透率演化规律Fig.11 Evolutionary law of permeability indices under stress path 1

3.2 渗透率相对和绝对恢复率变化规律

在路径2和3中，每一个循环中卸载结束时的渗透率与初始加载时的渗透率的比值定义为绝对渗透率恢复率，计算如下:

χa=Ki/K1

(2)

式中，χa为绝对渗透率恢复率;Ki为第i个循环轴向应力被卸载至2 MPa时的渗透率，10-15m2;K1为轴向应力被第1次从2 MPa开始加载时的渗透率，10-15m2。

每一个加卸载循环中卸载后的渗透率与本次循环中加载时的渗透率比值定义为相对渗透率恢复率，计算如下:

χr=Ki+1/Ki

(3)

其中，χr为相对渗透率恢复率;Ki+1为第i+1次加卸载循环轴向应力被卸载至2 MPa时的渗透率，10-15m2。

图12给出了应力路径2和3下，2种原煤渗透率相对恢复率和绝对恢复率随循环次数的变化规律。 由图12可知，应力路径2和3下渗透率的演化规律基本相同:随着循环荷载的施加，加载渗透率和卸载渗透率都逐渐减小，而且加载渗透率较卸载渗透率减小得更快。应力路径2下袁庄煤样的相对恢复率呈快速—缓慢—快速增大的三阶段式，绝对恢复率呈近似直线降低的趋势;应力路径3下袁庄煤样相对恢复率呈快速—缓慢—持平增大的三阶段式增大，绝对恢复率降低的速率比应力路径2下的小。相应的平顶山煤样具有相似的变化规律，不再赘述。应力路径2下，煤样中作为瓦斯渗流通道的孔隙随循环次数的增大而逐渐减小，前2个循环中，应力卸除后渗透率并没有恢复到加载前的水平，但是第2个循环的相对恢复率比第1个循环的恢复率大得多，说明孔隙的变形恢复率增大。第3～5个循环中，渗透率恢复率增加量很小，说明循环载荷对煤样渗流孔隙进一步压缩，峰值应力增大对煤样造成的损伤对渗透率的贡献并不明显。第6个循环中，相对恢复率剧增，说明煤样进入了屈服变形阶段，应力循环造成的损伤使渗透率有增大的趋势。应力路径3下，第1～3个循环中，相对渗透率恢复率快速增大，由于第4个循环与第2个循环的应力水平相同，使得应力造成的损伤减小，渗透率恢复率增加速率趋缓。同样地，第6循环的应力水平与第3循环的应力水平相等，使得渗透率恢复率与第5循环基本持平，渗透率增大量几乎为0。通过以上分析表明，循环加卸载对煤样造成了一定的损伤，但是对渗透率的影响是负面的，只有应力超过煤样的屈服阶段后才能使渗透率增大。

图12 循环加卸载路径2和3下不同含瓦斯煤绝对渗透率恢复率和相对渗透率恢复率变化规律Fig.12 Variation rule in relative permeability recovery rate and absolute permeability recovery rate of raw coal under cyclic loading-unloading stress path 2 and 3

3.3 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤增透率演化规律

渗透率综合体现了材料结构孔隙数量及连通性程度，煤体渗透率的变化与其体积改变密切相关。谢和平等[17]提出考虑煤体体积改变对煤体渗透率的贡献来反映煤层的增透效果。定义增透率χp为煤体单位体积改变下渗透率的改变量:

(4)

其中，K为煤体的渗透率，10-15m2;εV为煤体的体积应变。增透率描述了采动影响下煤体破裂所产生的增透效果，实现对煤层增透措施效果的定量评价。

通过式(7)计算了3种路径下2种煤样的增透率变化规律，如图13所示。应力路径1下，由于煤样的渗透率整体随着轴向应力的增大而降低，所以计算的加载阶段的增透率为负值，并且逐渐增大，说明循环荷载中的加载对煤样具有增透作用。袁庄煤样的加载阶段增透率随着应力的增大先降低，然后快速增大，最后增大速率减慢;而卸载阶段的增透率随轴向应力先增大然后减小，最后又增大为正值，说明卸载阶段煤样体积应变的增大对渗透率的影响是增大-减小-增大的规律，并不是所有的增大的体积都能够使渗透率增加;平顶山煤样的加载和卸载阶段增透率都逐渐增大。应力路径2作用下，2种煤样的加载阶段增透率随循环次数的增加呈现3个阶段变化:首先是前2个循环中的快速增大阶段，然后是循环3～6的缓慢增加阶段，最后是第7循环的快速增大阶段，表明随着循环次数的增大，增透率是增大的，而且单位体积应变下的渗透率增大量是不同的。卸载阶段的增透率与循环次数呈线性增加的规律。应力路径3作用下，2种煤样各循环中加载阶段增透率变化规律基本与路径2下的相同，不同的是由于循环4应力水平与循环2相同，循环6与3相同，因此4循环和6循环的增透率相较与前一循环的增透率增加量非常小。同样的原因，卸载阶段的增透率也偏离了线性增加的规律。

图13 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤增透率变化规律Fig.13 Variation rule in permeability enhancement rate under different cyclic loading-unloading stress paths

3.4 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤渗透率应力敏感性分析

为了表示渗透率的演化行为，引入无因次渗透率(DP)概念，定义[18]为

(5)

其中，Ke为不同有效应力下的渗透率，10-15m2;Ke0为初始有效应力下的渗透率，10-15m2。

回归分析表明，在煤样的加载和卸载阶段，无因次渗透率与有效应力具有负指数关系，可以表示为

(6)

其中，αe为渗透率应力敏感系数，MPa-1;σe为有效应力，MPa;b为无因次系数，受初始渗透率影响。

同时，煤样的渗透率应力敏感系数可以定义为

(7)

其中，ΔKe为渗透率的变化量，10-15m2;Δσe为有效应力的变化量，MPa。

αe值越大，表明煤样渗透率对有效应力的变化越敏感，在有效应力相同变化幅度下，煤样渗透率变化值越大;反之，αe值越小，表明煤样渗透率随着有效应力的变化敏感性越差，煤样渗透率随有效应力变化梯度就越小[19]。

通过式(7)计算得到了3种路径下的2种煤样的渗透率应力敏感系数，如图14所示。在应力路径1作用下，2种煤样加载阶段的渗透率应力敏感系数随着有效应力的增加而发生变化，表现为随着有效应力的增加，煤样应力敏感系数先增大后减小，之后存在一定波动变化。而卸载阶段的渗透率应力敏感系数则随有效应力的增大呈相反的规律变化，说明在阶梯循环加卸载中，当应力小于10 MPa时，渗透率对加载应力敏感，而对应力卸载不敏感，这主要是由于煤样中孔隙发生了塑性变形，应力卸载后无法恢复。当应力大于10 MPa后，煤样中孔隙在加载阶段减小而在卸载阶段有一定的恢复，所以表现出对加载应力敏感度降低，而对卸载应力敏感度升高的特征。在路径2作用下，2种煤样在加载阶段的渗透率应力敏感系数随循环次数整体呈下降趋势，并且可以划分为3个阶段:前2个循环中的快速下降阶段，第3～5个循环中的缓慢下降阶段和最后2个循环中的快速下降阶段。表明随着峰值应力的增大和煤样中损伤的累积，渗透率对应力的敏感性逐渐降低。卸载阶段的应力敏感系数则随着循环次数的增加先缓慢增大而后直线降低，说明随着荷载的施加，应力卸载对渗透率的影响先增强后减弱。在应力路径3作用下，2种煤样的渗透率应力敏感系数随着循环次数的变化规律与路径2下的基本相同，不同的是第4和第6循环应力水平分别与第2和第3应力水平相同，应力敏感系数分别与第3和第5循环相持平。渗透率应力敏感系数的变化规律表明，有效应力的增大使渗透率应力敏感系数降低，而加卸载循环次数的增加也使得应力敏感系数降低。

图14 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤渗透率应力敏感系数变化规律Fig.14 Variation rule in stress sensitivity coefficient of permeability under different cyclic loading-unloading stress paths

4 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤损伤特性演化特征

加卸载响应比是尹祥础[20-21]根据“物理量的变化”提取介质损伤程度这一思路提出的定量表征介质损伤程度的参数，以常用的轴向应力、应变分别作为荷载变量和对应的响应变量作为加卸载响应比值的参量，加卸载响应比值Y的定义为

(8)

(9)

其中，X+，X-分别为加载和卸载阶段的响应量;ΔP，ΔR分别为应力载荷变量P和应变响应变量R所对应的增量，应力载荷变量P和应变响应变量R是从实验循环荷载作用下应力-应变曲线获得的。可以利用加卸载响应比Y值来表征循环荷载过程中煤样试件的损伤量。

张浪平等[22-23]基于材料断裂极限在细观尺度上服从Weibull分布建立了加卸载响应比YE与损伤变量D之间的关系

(10)

将式(10)进行变换得到

(11)

式(11)即为损伤量与加卸载响应比的关系式，利用式(11)和曲线拟合而求得的加卸载响应比对应力-应变曲线参数进行损伤量变换，得到损伤变量与循环加卸载作用应力的关系曲线。

图15和16给出了循环加卸载路径下不同原煤加卸载响应比和损伤变量随循环次数的变化规律。由图15可知:在应力路径1作用下，2种煤样随着轴向应力的增大，加卸载响应比先缓慢增大然后加快增大，最后基本呈直线增加;而损伤曲线呈现缓增—急增—缓增3个阶段。通过响应比还可以发现，加载阶段的弹性模量小于卸载阶段的弹性模量，表明加载阶段煤样产生了损伤累积，加卸载响应比逐渐增大，当煤样达到一定应力水平之后，加载阶段弹性模量进一步降低，加卸载响应比出现突增，预示煤样即将发生破坏，煤样进入了屈服阶段，与前文中煤样渗透率恢复率陡增的结果相印证。如图16所示，通过式(11)获得的2种煤样的损伤变量D随应力的关系可以通过Boltzmann公式进行拟合，而且拟合度达到0.9，可以作为损伤的经验公式对实验中煤样的损伤进行预测计算。在应力路径2和3作用下，加载阶段的弹性模量随循环次数的增加在初期阶段基本保持不变，在后期发生突降，而卸载阶段的弹性模量基本保持不变;表现在加卸载响应比Y的变化上就是初期循环中Y值缓慢增大，后期循环中Y值突然增大，预示煤样进入屈服破坏阶段，与上文中相对渗透率恢复率的演化规律相契合。相应地，通过Y值计算获得的损伤变量D也具有相似的变化规律，并都能够用Boltzmann公式进行拟合。

图15 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤加卸载响应比演化规律Fig.15 Variation rule in loading-unloading response ratio of different gas-bearing coal under different cyclic loading-unloading paths

图16 循环加卸载路径下不同含瓦斯煤损伤变量演化规律Fig.16 Variation rule in damage variable of different gas-bearing coal under cyclic loading-unloading paths

5 结 论

(1)循环加卸载作用下，原煤渗透率随着应力的增大和循环次数的增加呈减小趋势;应力卸载和加载对渗透率的影响不同;渗透率受到应力和损伤累积的双重影响。循环加卸载对煤样造成了一定的损伤，但是对渗透率的影响是负面的，只有应力超过煤样的屈服阶段后才能使渗透率增大。

(2)3种循环加卸载路径下煤样在加载阶段的增透率随应力增大和循环次数的增加都可以分为3个阶段且呈增长趋势，单位体积变化引起的渗透率增加在变大;卸载阶段增透率在阶梯循环荷载中呈“N”字形增长，在其他2个路径下呈线性增长;循环荷载的增透效果随着循环次数的增加在变好。随着峰值应力的增大和煤样中损伤的累积，渗透率对应力的敏感性逐渐降低。随着荷载的施加，应力卸载对渗透率的影响先增强后减弱。

(3)通过加卸载响应比得到了煤样损伤变量的演化规律，通过回归分析可知损伤变量与轴向应力之间的关系可以用Boltzmann函数表征，该函数可以作为损伤的经验公式对实验中煤样的损伤进行预测计算。循环加卸载对煤样渗透率及损伤的作用受煤种不同的影响不明显。

以上结论从理论上验证了煤层群开采中，多重保护作用下，被保护层含瓦斯煤的渗透率在保护层开采不同时期的演化规律，据此可以指导被保护层瓦斯抽采工程优化设计(例如，避开应力集中区，在应力卸载区布置钻孔及抽采)及瓦斯灾害防治的实践并可以为采用循环荷载致裂(重复水力压裂等)对煤层进行增透提供理论基础。