我国含瓦斯煤层普遍具有“高储低压低渗”的特征,为此,一些学者提出通过水力压裂、水力割缝、预裂爆破、水力冲孔、高压脉冲水射流以及注气驱替等改造物性结构来强化瓦斯抽采的技术措施,但这些措施在实际应用中均存在一定的局限性。微波辐射作用能促使煤体温度升高及结构变化,表现出有利于瓦斯运移产出的特征,因此利用微波辐射强化瓦斯抽采是一种新的尝试。本文采用理论剖析、参数测试、数值模拟等方法探讨微波辐射下煤储层电磁-热-流-固耦合机制,主要内容包括:(1)介绍了微波加热技术,借助物理实验、理论剖析方法对微波辐射下煤体热效应、损伤机理及所含瓦斯气体的作用机制进行分析。微波辐射下煤体温度的升高通过偶极子转向极化损耗产热的形式实现;煤中含有一定比例的黄铁矿、高岭石、长石矿物组分及水分均能增强自身介电响应能力;微波热效应导致煤内气体分子能量增加,瓦斯分子吸附势阱深度变浅,损伤效应拓展气体流动通道,有利于瓦斯气体的逸散和渗流。(2)利用所构建的微波辐射煤仿真模型,研究煤体电磁热耦合效应及热力响应机制,结果表明,电介质煤的吸波影响会导致电磁场重新分布,腔体和煤体内部电磁场呈连续态稳定分布,煤中电磁场分布情况影响电磁功率损耗密度值,电场强度越大,电磁功率损耗密度值就越大;煤体温升演化趋势由损耗产热与消耗热量的表面对流散热、液水相变散热、流体传热、内部热传导综合决定,其中整体散热量主要取决于表面对流散热和液水相变散热;由于煤体选择加热性特点,高低温域分区明显,导致内部不同位置的液水蒸发速率和水蒸汽迁移速率不同,流体分布存在差异,温度和压力分布的不均匀会引起流体相对流动,促使煤体变形破裂。(3)利用微波辐射煤数值模拟手段,考察了微波频率、输入的能量、谐振腔中煤样所在位置等不同变量下煤体受热情况,结果表明,2.45 GHz频率下煤内部平均电场强度值最大,对煤体注热效果最好;能量值输入高低决定煤体平均温升幅度;输入功率越大,高低温域分区明显,功率控制煤样温度场的均匀程度;开启双微波源模式下,相比于只开启单侧微波源造成的腔体电场分布更均匀;煤样所处位置不同也会影响电磁场分布,因此煤体应统一放于腔体底部中央位置。(4)构建了微波注热煤储层的电磁热流固多物理场耦合仿真模型,利用此模型分析微波加热时瓦斯运移和煤层渗透性及孔隙率的演化规律。发现吸附态瓦斯解吸过程引起的体积应变是煤体孔隙率演化的主导因素;采用低功率微波进行辅助抽采时,有助于增产瓦斯抽采量,确保抽采瓦斯的持久性;2.45 GHz下煤层渗透率提高幅度最大,微波辐射效果最优;微波注热对煤层的改造效果在高瓦斯压力条件下最突出。