我国煤矿70%左右的高瓦斯突出煤层具有微孔隙、低渗透率、高吸附性的特征,导致大部分煤层抽采困难,瓦斯灾害严重。水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的有效技术措施之一,但是现有水力压裂技术效果不稳定、存在卸压不充分等现象。脉动水力压裂是在常规水力压裂的基础上旨在提高煤层卸压增透效果的新技术。但是,缺乏对其瓦斯解吸、扩散等微观动力学特性、脉动压裂液滞留效应机制等方面的深入探讨,影响了该技术的进一步推广和应用。本文采用理论分析、实验室实验、数值拟合等方法,深入研究了脉动压裂过程中瓦斯微观动力学特性及液相滞留机制,以优化关键技术参数及工艺,主要成果如下:采用压汞法、液氮吸附法,增大孔径测试范围,对脉动波作用煤孔隙度、孔径分布等变化特性进行定量分析;结合环境扫描电镜测试和能量色散谱仪测试,研究煤样表面各种矿物质迁移变化规律。得出在脉动载荷下对煤样孔隙度的影响程度大于静压载荷;微孔体积随着脉动波频率和峰值压力的增加而减少,中孔和大孔体积随着脉动波频率和峰值压力的增加而增加。脉动波作用影响煤样主要出现两类孔隙:扩孔作用形成原有孔隙的扩张和冲蚀作用使煤中镶嵌的矿物质晶体冲蚀出其占空间形成的新孔隙。建立基于脉动水力压裂的瓦斯解吸实验系统,探讨脉动压裂过程中瓦斯解吸动力学特性,分析脉动压裂协同控制条件下,前期置换-驱替瓦斯特性、后期瓦斯自然解吸特性,综合分析脉动压裂影响瓦斯解吸效果。脉动压裂过程中瓦斯置换-驱替量明显大于静压压裂,且置换-驱替量随脉动频率的增加先呈线性增加,后呈对数增加趋势;随脉动峰值压力呈对数形式增加。后期瓦斯自然解吸量及解吸速度均小于干燥煤样瓦斯解吸量,瓦斯自然解吸衰减比例一般在20%~60%之间。静压压裂和低压-低频的脉动压裂会抑制瓦斯综合解吸效果;低压-高频、高压-低频和高压-高频的脉动压裂对瓦斯综合解吸起促进作用。运用基于第三类边界条件下的瓦斯扩散动力学模型,分析了脉动参量协同控制条件下瓦斯扩散动力学特性。水分进入煤样内部孔隙,会封堵瓦斯扩散通道,阻碍瓦斯在煤中的扩散。低压或低频条件下,脉动压裂使煤中瓦斯扩散能力要小于静压压裂,同时,由于煤中瓦斯浓度梯度和瓦斯扩散阻力的综合作用,使脉动压裂后瓦斯在煤中的扩散能力随着脉动频率和峰值压力的增加而增加,且应存在一组临界值,使脉动压裂后煤样的扩散能力大于原煤样。揭示了毛细管力和粘度滞后效应是脉动压裂液滞留效应的两大原因。煤孔隙特性、侵入深度、粘度、接触角及表面张力是脉动压裂液滞留效应的五大因素。其中,压裂液的表面张力和接触角是滞留效应能否解除的决定因素。采用DSA型光学法液滴形态分析系统对基于表面活性剂的清洁压裂液临界表面张力及接触角等性能变化进行研究,采用核磁共振设备对液相滞留效应解除效果进行评价分析,得出阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠SDS为最优的压裂液添加剂,并确定了其合理浓度为0.022%。基于上述研究成果,提出了低透气性煤层卸压增透的“钻”“压”“抽”三位一体技术模型,并对脉动水力压裂进行技术优化。研究成果在现场应用表明,优化脉动水力压裂实施后,瓦斯抽采效果明显。压裂孔和导向孔瓦斯稳定浓度分别为普通抽采孔的4倍和5倍左右,瓦斯纯量是普通抽采孔的4~5倍,煤层透气性系数增加了48~217倍。课题研究期间作者发表学术论文6篇,其中SCI检索一篇,EI检索三篇,获得省部级科技进步一等奖1项,授权国家发明专利6项。该论文有图78幅,表38个,参考文献206篇。