煤体内部孔隙分布范围广泛,随着开采深度的增加,煤体中纳米级孔隙越来越多,严重影响了煤层气的运移和产出。纳米级孔隙中的气体运移规律,不同于常规达西流动,其流动方式随孔隙尺度和气体压力变化,且呈多种流态并存的非线性气体流动。但是,对于纳米级孔隙及低压条件下,气体流动规律和控制模型仍然存在争议,与工程应用也有较大偏差。因此,研究纳米级孔隙内气体非线性流动规律,是煤层瓦斯运移方面的重要内容及理论支撑,对煤层气开发利用、煤矿瓦斯灾害防治具有重要意义。为研究气体于纳米级孔隙中的流动规律开展了以下工作:首先选取了PMI渗透率测试实验系统,以及具有典型纳米级孔径和微平板高度的均匀孔隙氧化铝薄膜作为试样,为开展实验做准备;根据氧化铝薄膜SEM成像,利用MATLAB编程计算薄膜孔隙参数,通过对比分析了二值化法和最大稳定极值区域检测法,改进了氧化铝薄膜表征方法;首次较为系统全面的开展了不同纳米级孔径、不同气体性质、不同流动截面积以及跨尺度气体流量随平均压力变化规律的物理模拟实验;根据气体流动实验结果,对比分析了前人描述气体流动的控制方程,引入了符合广域努森数下的气体流动控制方程,分析了甲烷气体于纳米级孔隙中的流动规律。研究结果表明,表征氧化铝薄膜孔隙方法中,最大稳定极值区域检测出样品固有渗透率范围是0.0033m D～0.7618m D,二值化检测结果是0.0084m D～1.1730m D,二值化检测结果偏大,经效果图及理论验证,孔形近圆的薄膜最大稳定极值区域法更为准确,孔形与圆形偏差较大的薄膜,二值化检测结果更为准确;气体于纳米级孔隙中,渗透率随压力增大不断减小,且减小幅度随着孔径增大逐渐增大;不同气体于同一样品中,氦气所测渗透率大于氮气,但不同气体测得渗透率随克努森数变化规律基本一致,不同气体具有不同的传输能力;不同的流动截面积几乎对渗透率没有影响,气体流经不同尺度的孔隙时,较小孔隙占据主导地位;考虑滑脱流动与克努森扩散权重相加的流动模型与实验数据呈现更好的一致性。本文通过气体于均匀纳米孔隙中的实验研究,定性分析了气体在纳米孔中流动的规律,并验证了滑脱流动与克努森扩散权重相加的流动模型来描述气体流动状态更为合理,为建立考虑孔隙结构参数的多尺度孔隙数学模型奠定基础。