我国煤层气(瓦斯)储量丰富,但煤层低渗透性制约了煤炭的清洁利用以及煤层气的规模化开发,从而影响国家实现碳达峰、碳中和目标的发展进程。通过人为扰动改变煤层结构能够促进煤层增透,从而强化瓦斯抽采。考虑到微波辐射煤体的热效应能造成煤体损伤,从而有利于瓦斯运移,因此本文以微波循环实验为基础,借助物理实验和理论分析手段,研究了微波辐射下煤体分级热响应及增透特性,得到以下主要成果:首先,探究了微波辐射作用下煤体热失重特性,发现煤样在微波场中呈现出三个温度变化阶段:快速升温、减速升温和加速升温阶段。同时也呈现出两个质量损失阶段:快速失重和减速失重阶段。升温和失重存在相互对应阶段;微波加热过程中,煤样内部束缚水减少率的变化量由快速趋于平缓,反映出微波辐射下煤中水分热响应先快后慢,而煤中矿物质流失则是先慢后快,同时水分脱除和矿物质流失与升温、失重速率变化过程相互对应,发现微波辐射下煤体分级热响应,分为水分热响应主控阶段和矿物质热响应主控阶段。其次,阐述了微波辐射下煤体分级热响应规律,在水分热响应主控阶段(温度范围为200℃以下),大量水分受热蒸发,产生气体压力,致煤样孔隙破裂,同时气压差推动水分迁移,造成孔隙扩张、裂隙延伸;在矿物质热响应主控阶段(温度高于200℃),煤中矿物质吸收微波能,成为热点,导致矿物脱除孔隙崩解,热应力作用下裂隙扩展并贯通孔隙;水分和矿物的迁移导致孔、裂隙的大量生成,而孔、裂隙的发育为水分的脱除和矿物质的流失提供通道。然后,探讨了微波辐射下煤体分级热响应过程中煤样物性结构的演化规律。微波加热过程中煤体分级热响应阶段,煤样含氧官能团呈减少趋势,脂肪结构受热逐渐分解,脂肪侧链缩短,煤样环构化、芳构化程度提高;脂肪侧链及小分子结构的脱落可能是导致煤体微孔减少、闭合孔隙打开、孔隙连通性增强的重要原因。同时,微波辐射下煤体的热效应导致煤体碳分子结构致密程度加深,煤样晶体结构不断成熟向石墨化发展,从而降低瓦斯吸附能力。煤中水分在微波辐射作用下发生迁移,矿物质发生脱落与流失,使得煤体内部形成更多的孔洞和小裂纹,增强煤体内部的孔间连通性;同时发现,在矿物质热响应主控阶段,煤体总体积和孔隙率增加量,以及比表面积减少量比水热响应主控阶段少。微波辐射提高裂隙几何参数以及分形维数,使得裂隙网络能加丰富;微波的持续作用下,煤体结构损伤程度不断加剧,煤样的累计损伤量大致呈快速、平缓、加速三个发展阶段;重构微波辐射下煤体分级热响应过程中煤体内部的孔裂隙结构,微波作用后,SM和YC煤样的孤立孔裂隙减少为原煤的0.5倍左右,全孔裂隙增加为原来的2倍左右,煤体裂隙连通性得到改善。最后,研究了微波辐射下煤体分级热响应阶段煤样瓦斯吸附、解吸、渗流特性,通过瓦斯吸附实验,发现微波作用后,煤样含氧官能团减少,导致煤体瓦斯吸附能力降低;通过瓦斯解吸实验,发现微波辐射后瓦斯束缚阻力减少,瓦斯解吸量增加,解吸速率加快,煤样的瓦斯累积解吸量均在微波作用下煤中水热响应主控阶段快速上升,而在矿物质热响应主控阶段开始减慢;通过渗透率实验以及对微波辐射后煤样的孔裂隙结构三维重构进行流线场模拟,发现微波作用后,煤样渗透率增加,流体运移通道得到改善。本文所取得的研究成果进一步完善了煤体在微波场中的热响应及致裂增透特性的理论,为微波注热强化低渗煤层瓦斯高效抽采的工程应用奠定理论基础。研究生期间发表核心期刊论文1篇,申请发明专利5项,其中授权3项。本论文共有图55幅,表4个,参考文献118篇。