煤的微观孔隙结构是影响煤层瓦斯运移特性的主要因素。不同变质程度煤体所表现的吸附解吸性能和渗流能力的差异性除了与温度、压力、煤体组分、水分等宏观因素有关之外,更重要的是与其自身微观孔隙结构特征有关。探究煤体微观孔隙结构对瓦斯吸附解吸特性以及渗流特性的影响,对于全面认识煤中孔裂隙的结构特征、空间展布以及了解微观尺度下瓦斯产出与运移过程具有重要理论指导意义。主要研究成果如下:首先开展了煤岩学基础参数的测试,作为多尺度孔裂隙结构表征的研究基础。采用场发射扫描电镜观察并识别了不同变质程度煤表面孔裂隙的形态和发育特征,半定量地统计了不同变质程度煤表面孔裂隙的结构参数。不同煤阶的孔裂隙形态,大小和分布呈现明显的非均质性。随着煤阶的增加,孔隙直径分布范围呈现“先降低后升高再降低”的趋势,面积孔隙率呈现“先升高后降低再升高”的趋势。其次采用微米CT扫描技术(Micro-CT),基于最大类间方差算法实现了煤中大孔和裂隙的精准阈值分割,在此基础上建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的骨架化模型和等效孔隙网络模型,定量分析了不同变质程度煤中大孔和裂隙的孔喉结构参数、连通性以及发育程度。此外,借助小角X射线散射技术(SAXS)有效获取了煤中微小孔的结构信息,分析了不同煤阶中微小孔的孔径分布、比表面积以及分形维数变化规律。不同煤阶的有效孔隙率与孔隙连通度变化存在协同效应,两者满足正相关指数函数分布。低阶煤中大孔的孔喉发育程度和连通性要高于高阶煤;微小孔的平均孔径随煤阶升高呈现逐渐降低趋势。然后借助低场核磁共振技术(LF-NMR),根据核磁T₂谱驰豫特征,对比了饱和水状态下和离心脱水状态下不同变质程度煤样的孔隙度演化规律和T₂分布特征,计算了煤体的总孔隙度、残余孔隙度、束缚孔隙度以及渗透率物性参数,分析了不同变质程度煤样的孔隙度与渗透率的变化规律,发现了低阶煤相比高阶煤具有更多的中大孔或裂隙共同构成的渗流空间,低阶煤的渗透率整体上高于高阶煤,其变化趋势与孔隙度基本相同。最后基于核磁共振甲烷吸附解吸实验,研究了不同注气压力下甲烷吸附和解吸过程的NMR响应特征,测定了不同注气压力下吸附态和游离态甲烷的含量,并运用Langmuir方程对实验数据进行拟合,得到了不同变质程度煤样的甲烷吸附解吸特性,通过提取微小孔结构特征参数与瓦斯吸附解吸特性指标建立相关性分析,发现了增大比表面积和减小结构分形维数均会提高煤体对甲烷的吸附能力;基于重构模型孔隙尺度的渗流模拟,从压力场、速度场和速度流线三个角度再现了甲烷在孔裂隙空间的可视化渗流过程;通过提取大孔结构特征参数与瓦斯渗流特性指标建立相关性分析,得到了孔隙半径与煤体有效孔隙度呈正相关性,当喉道半径越大,孔喉比越小,迂曲度越小,配位数越大时,煤体渗透率均会升高,有利于瓦斯的渗流与产出。该论文有图72幅,表25个,参考文献269篇。