Для выявления закономерностей эволюции и внутреннего механизма фильтрационных характеристик структурного угля в процессе снятия напряжения были отобраны образцы лепесткового и мельчайшего угля из типичных участков Хуайнаньского бассейна для изготовления образцов прессованного угля. С использованием самостоятельно разработанной системы имитации нагружения и снятия трехосного напряжения были систематически проведены физические моделирующие эксперименты при различных условиях снижения давления, температуре и влажности. Результаты показали, что в процессе снятия напряжения объемное расширение угля и проницаемость значительно увеличиваются с уменьшением эффективного напряжения, максимальное объемное расширение достигает 54 см³, а проницаемость повышается до 0,8936×10⁻³ мкм². Этот процесс эволюции регулируется рядом факторов, включая структуру угля, температуру, влажность и направление снижения давления. При этом расширение и увеличение проницаемости мельчайшего угля значительно превосходят лепестковый уголь: объемное расширение на 19,4%-25,95% выше, а повышение проницаемости составляет до 21,88%; высокая температура (45 ℃) и сухие условия способствуют улучшению проницаемости, средний темп роста объемного расширения выше на 23,24% по сравнению с условиями при 15 ℃; многонаправленное снижение давления активирует многоканальные трещины и формирует трехмерную сеть фильтрации, что обеспечило оптимальный эффект увеличения проницаемости, рост которой составляет около 7,7% по сравнению с однонаправленным снижением давления. Механизм анализа показывает, что снижение эффективного напряжения главным образом стимулирует эволюцию фильтрационных каналов за счет координированного действия «раскрытия трещин — эластического восстановления — сжатия матрицы»; тепловое напряжение, вызванное температурой, конкурирует с эффективным напряжением, при снижении давления тепловое напряжение способствует расширению угля; влага, занимая пространство пор и трещин и повышая пластичность угля, значительно подавляет развитие фильтрационных каналов, при влажности 5% проницаемость снижается на 45,35%. На основе этого для разработки угольного газа в пластах структурного угля при снятии напряжения следует отдавать предпочтение однородным коллекторам с развитым мельчайшим углем, низким первоначальным геострессом, умеренной температурой, низкой влажностью и отсутствием внешнего водоснабжения. Настоящее исследование может служить важной теоретической основой для оптимизации программы разработки на месте.

Хуайнаньский бассейн;снятие напряжения;структурный уголь;объемное расширение;проницаемость;снижение давления и откачка