我国是一个富煤贫油少气的国家,煤炭储存量非常的丰硕,储量排名世界第四。在矿井开采的过程中常常发生煤与瓦斯突出事件,严重威胁着煤炭的安全开采,影响了矿井的经济效益。如何保证矿井开采安全,如何能更快地使井下瓦斯解吸出来,成为了当今学术界研究的一个热门课题。于此同时,与美国、澳大利亚、俄罗斯、南非等世界主要产煤国的煤炭相比,我国煤炭普遍存在灰分高、埋藏地层深、渗透率低、饱和度低、非均质性强等特点。根据瓦斯吸附理论,向煤层注热氮可以提升煤层温度,有助于促进煤层瓦斯解吸,提高瓦斯抽采速率,向煤层注氮同时也可以做保护气,有利于煤矿开采安全,因此,研究煤体瓦斯流动规律及注热开采强化瓦斯抽采特性在工业上具有重要意义。查阅了相关文献,归纳总结了煤的微观结构特征、基础热力学性质、氮气驱替煤层甲烷机理等理论知识,为课题研究奠定了坚实的理论基础。在此基础上,本文开展了如下工作:进行了煤样的预处理,完成了工业分析和镜质组反射率实验、煤样的热重实验、氮气驱替煤层瓦斯实验以及煤样渗透率实验;在充分思虑气体扩散-吸附解吸方程式、渗透率方程式等的基础上,建立了注氮驱替煤层瓦斯的数学模型;采用了多物理场耦合的方式,使用Comsol Multiphysics软件进行了计算机仿真模拟,分别进行了不同工况下注热氮驱替瓦斯的计算机模拟。本文主要得到了以下结论:（1）注入煤层的氮气压力越大温度越高,充分驱替下煤样的最大气体渗透率越高;氮气可以通过与瓦斯进行竞争吸附从而置换出一些处于吸附状态的瓦斯;（2）氮气驱替煤层实验中,注入氮气在初始阶段会让煤层缓慢升温,待反应充分后煤层快速升温,200℃氮气促煤层升温速率是100℃氮气的2.5倍;实验初期煤样本升温速率较慢,之后升温速率开始缓慢提升;吹扫氮气温度越高,煤样升温速率越快;（3）查阅文献可知:氮气起初注入煤体时会与煤中渗流进行对流扩散,游离甲烷分压降低,煤裂隙会有局部的区域变形,裂隙表面会发生吸附膨胀现象和热膨胀现象,故煤孔内部的孔隙裂隙反应初期会变小;而随着氮气注入压力的进一步增加,氮气充分进入煤层驱替,同时将热量带给煤层。受热后的煤基质起初会在热应力影响下发生膨胀使煤体裂隙压缩减小故使得煤样渗透率减小,反应初始阶段氮气温度越高煤样渗透率越低,待吸热量足够、热应力和氮气气体膨胀能达到一定程度后煤体内部裂隙会发生破裂张开,煤中气体运移速率也会上升,故煤样渗透率开始快速上升;（4）同一工况下随着地层压力的增大氮气在煤样中的渗透率会逐渐减小,但其减小速率会不断减缓。地层压力增大会使得氮气与环境的相对压力减小,而且会挤压煤内孔隙使得煤裂隙更加紧密从而使得气体渗透率下降。在实际工业开采中,煤层储层深度越深,地层压力越大,煤层气也越难开采,实验得到结论与工生产业实际相吻合;（5）注热氮驱替煤层瓦斯可以有效增大煤样渗透率,增加瓦斯解吸量,有利于煤层气开采;（6）高温氮气在煤体内流动的温度效应随着其温度的升高变得越来越显著,氮气温度越高,携带热量越多,越有利于热量扩散加热煤层;（7）通过模拟和实验共同论证了注热N2-ECBM技术是一项前景良好的促采煤层瓦斯技术。其将注热开采与注气开采相结合,同时氮气作为保护气,可以有力增强矿井开采安全性;（8）注氮气驱替煤层瓦斯的过程分为两个阶段:第一阶段时,注入煤层的氮气会在煤层中渗流、扩散、然后进行吸附;第二个阶段时,煤层内的瓦斯会进行解吸-扩散及渗流过程。升温增压可以有效提高第一阶段时氮气渗流速率。本文通过模拟和实验相结合的方式研究了高温氮气驱替煤层瓦斯的相关特性,论证了注氮驱替是工业上一种富有前景的促进煤层瓦斯解吸的方式,同时也为矿井安全开采新技术的研发提供了理论支持。