我国瓦斯灾害事故时有发生,这严重威胁着煤矿安全生产和人员的生命财产安全。此外我国煤层气资源丰富,开发潜力巨大;煤层气作为一种高效清洁的非常规天然气资源,拥有着广阔的发展前景和巨大的实用价值,若能实现大规模商业化开采将对国家能源安全和能源结构调整有着举足轻重的意义。为提高瓦斯灾害防治能力和能源利用率,需将煤层瓦斯“变废为宝”,然而限于我国特殊的储层地质条件,绝大多数煤层渗透性差,煤层气的采收效率和利用率低,这给瓦斯抽采和煤层气勘探开发带来了巨大的挑战;而煤层气热力开采技术作为一种新兴的ECBM采收方式,应用前景光明,可有效提高煤层气采收率。为此本文将以煤层气热力开采和矿井瓦斯防治为背景,采用理论推导、实验研究与机理分析相结合的方法,研究了不同条件下热作用对多尺度煤体甲烷强化解吸-扩散特性的影响规律和控制机理,得出的主要结论如下:(1)热作用能够消除煤孔隙中高吸附势阱对甲烷分子的束缚,促进残余甲烷的解吸,大大缩短解吸平衡时间。就扩散系数波动范围而言,温度对其的影响比吸附压力更明显。扩散系数的温度依赖性可用改进的阿伦尼乌斯方程来描述,粒煤和柱煤中甲烷扩散活化能分别为8.81 k J/mol和10.91 k J/mol。热作用后扩散系数激增说明了热作用极大地提高了甲烷从煤基质孔隙向裂缝扩散的能力,表明热增产技术的应用可以增加煤基质中气体的扩散通量,有望改善煤层气开采中后期压力衰竭储层的产能表现,从而实现煤层气的高效采收。(2)吸附压力对解吸时间效应临界值的影响不如温度明显;在低吸附压力下,热作用对甲烷解吸的强化效应更为明显;在煤层气开采实践中,对于低压或压力衰竭的储层,结合热激励技术可达到满意的储层采收效果。扩散参数随吸附压力的增加在常规条件和热强化条件下分别呈单调递减的线性趋势和先上升后下降的二次函数趋势。(3)可用"极限粒径"的概念以及煤样碎化过程中裂隙/基质破坏阶段来解释甲烷解吸表现出的尺度效应,推测出实验所用煤样的极限粒径在1mm左右,同样有效扩散系数随尺寸的变化也具有明显的尺度效应。热作用对大尺寸煤样中甲烷的解吸有着更为明显的促进效应,此外扩散系数随尺寸的变化机理可从煤中孔隙分布和有效扩散截面积等方面来解释。(4)证实了扩散系数随时间推移而不断衰减,幂函数模型能够在一定程度上定量描述扩散系数随时间的动态衰减规律;随着热作用温度和吸附压力的升高,初始扩散系数D₀和扩散衰减系数β随之增加,但跟热作用温度相比,压力对其的影响并不是很明显;随着煤岩尺寸的增大,D₀增大,而β减小,表明小尺寸煤样中气体扩散系数衰减的较快。(5)推导了温度依赖的扩散模型,并验证了所推导模型的准确性;也推导了常规条件和热强化条件下压力依赖的扩散模型,此模型可预测0.5MPa~1.5MPa范围内任意时刻的甲烷扩散比,并验证了压力依赖的扩散模型可准确预测煤中甲烷的实际放散过程。(6)讨论分析了热作用强化甲烷扩散的控制机理,大致可归结为:高温对煤内气体分子的激发活化作用、热作用对解吸的促进效应、热作用对孔隙结构演化的效应;扩散系数随时间的动态衰减可认为是扩散前期煤体外部大孔扩散占主导,扩散后期煤体内部小孔扩散占主导所导致的。