我国矿井水文地质条件复杂,多数矿井煤层属于富含水煤系地层,而地层水通过穿层钻孔入侵煤体给矿井瓦斯防治工作带来了极大的难题。对于测压钻孔,地层水侵入钻孔后会致使瓦斯压力测定失败,无法获得煤层的真实瓦斯压力,给矿井瓦斯灾害的预测预报带来了困难。对于抽采钻孔,尤其是长距离下向穿层抽采钻孔,钻孔内的积水及钻孔周围的饱和水煤体区域致使瓦斯运移机制发生改变,传统渗流模型无法准确描述瓦斯运移规律。因此,为了深入研究水侵煤体瓦斯运移机理,解决水侵煤层瓦斯压力测定难题和准确描述水侵煤体瓦斯抽采运移规律,本文采用理论分析、实验室实验、数值模拟和现场工程试验相结合的方法,研究了水侵对煤体孔隙结构的影响规律,分析了瓦斯在水溶液中的溶解规律,掌握了瓦斯在水溶液及饱和水煤体中的扩散运移规律,进而建立了水侵煤体瓦斯运移数学模型,准确预测了水侵钻孔的瓦斯抽采量,提出了基于瓦斯溶解量的水侵钻孔瓦斯压力测定方法,并进行了工程试验。具体研究内容如下:采用XRD实验、低温N₂吸附实验和CO₂吸附实验,定性定量分析了水侵前后煤中矿物质和孔隙结构的变化规律。结果表明,水侵对煤中不同矿物质的影响稍有差别,但普遍会使煤中的矿物质减少,尤其是对于水稳性较差的黏土矿物和碳酸盐,其含量降低最为明显。水侵后,煤体孔容和比表面积都呈现出不同程度的增加,特别是微孔孔容和比表面积的增加幅度最为明显。结合分形理论,计算了水侵前后煤体的分形维数,水侵会促使煤体分形维数₁D降低,说明水侵可以使煤体孔隙表面的粗糙程度下降。但是会使分形维数₂D增加,说明水侵的增孔/扩孔作用致使煤体孔容增加。最终,分别从黏土矿物质崩塌、矿物质溶解和煤体溶胀等几个方面分析了水侵对煤体孔隙结构的影响机理。实验测试了不同矿井水溶液中的主要物质成分,并以此为依据配置了不同类型的水溶液,通过自主设计的瓦斯溶解度实验系统测试了不同温度、压力、矿物质浓度及矿井水溶液中的瓦斯溶解规律。结果表明,矿井水中的阳离子以K⁺和Na⁺为主,阴离子以Cl^-和HCO₃^-为主,化学耗氧量测试结果表明,矿井水中含有较多的有机质。在测试范围内,瓦斯溶解度随着平衡压力的增加而增加,随着温度和矿化度的升高而降低。矿井水溶液中的瓦斯溶解度明显高于蒸馏水中的溶解度,且瓦斯溶解度与平衡压力呈明显的线性关系,通过与蒸馏水对比,间接分析出矿井水中的有机质是提高矿井水中瓦斯溶解度的重要原因。结合实验结果,利用间隙填充理论、水合作用理论和有机质增溶作用阐释了各因素对瓦斯溶解度的影响机理。实验测试了不同瓦斯压力、温度、矿物质浓度及矿井水溶液中的瓦斯扩散运移规律。结果表明,瓦斯在水溶液中的扩散系数随着压力和温度的增加而增加,随着矿物质浓度的增加呈先升高后降低的趋势,而矿井水溶液中的有机质可以提高瓦斯气体的扩散能力。结合实验结果,从液相粘度、分子无规则运动、水溶液有效间隙、水合作用及有机质的包裹携带作用等角度深入分析了各因素对瓦斯在水溶液中的扩散系数的影响机理。建立了考虑吸附效应的饱和水煤体中瓦斯有效扩散系数计算模型。实验测得了不同瓦斯压力及变质程度饱和水煤体中的瓦斯有效扩散系数,并通过NMR实验分析了孔隙结构对瓦斯有效扩散系数的影响规律。结果表明,通过与传统径向有效扩散系数计算模型对比,本文所构建的有效扩散系数模型更适合计算煤等具有强烈吸附能力多孔介质的有效扩散系数。随着瓦斯压力的增加,瓦斯在饱和水煤体中的有效扩散系数逐渐增加。随着煤样变质程度的增加,煤体孔隙尺寸逐渐由微孔/中孔主导转变为微孔主导,且煤体孔隙联通性降低,致使瓦斯有效扩散系数逐渐降低。最终,理论分析了瓦斯压力、孔隙结构和吸附效应对瓦斯有效扩散系数的影响机理。建立了水侵测压钻孔瓦斯运移数学模型,该模型考虑了煤体变形、密度差引起的溶液对流和溶质扩散三个物理场对瓦斯运移的影响,通过现场试验验证了该模型的准确性。数值分析了扩散系数、水侵半径和溶液对流对瓦斯在钻孔水中平衡时间的影响规律。在此基础上,提出了基于瓦斯溶解量的水侵测压钻孔瓦斯压力测定方法,并研制了相关测压装备,利用该装备测试了桃园煤矿10煤层和信湖煤矿5煤层水侵测压钻孔的煤层瓦斯压力,为水侵煤层瓦斯压力测定工作提供了新的思路、装备和方法。建立了水侵下向穿层抽采钻孔瓦斯运移数学模型,该模型分为原始煤层中的瓦斯渗流和饱和水煤层中的瓦斯扩散两个部分,利用亨利定律将原始煤层中压力差驱动的渗流转变为饱和水煤体区域中密度差驱动的扩散运移。然后,数值分析了扩散系数、渗透率、亨利系数和水侵半径对瓦斯抽采量的影响规律。在此基础上,结合青东煤矿726工作面煤巷条带解突工作,准确预测了青东煤矿726工作面水侵钻孔的瓦斯抽采量。研究成果可为水侵煤层矿井瓦斯防治工作提供理论指导和工程经验。博士期间围绕本研究课题作为负责人完成教育部重点实验室开放课题等4项;以第一作者发表SCI论文8篇（TOP期刊4篇）,第二作者发表SCI论文1篇（TOP期刊1篇）;申请国家发明专利3项,已授权2项。本论文有图59幅,表25个,参考文献248篇。