煤层注水是目前世界上普遍使用的矿井灾害综合防治技术,该技术的理论基础之一是压力水在煤体中的渗透特性,因煤是一种内部含有裂隙-孔隙双重结构的多孔介质,水在煤体中的渗透特性与煤体内部结构密切相关。为建立煤体渗透特性与孔隙结构间的关系,本文基于核磁共振实验测试了煤层注水过程中,在不同围压及孔隙水压下煤样孔隙结构特征及渗流特性;通过高压压汞实验对注水前后煤样内部孔隙分布特征进行了测试。核磁实验结果表明,注水煤样内部裂-孔隙结构交错分布,孔径分布差异明显,过渡孔所占体积比例最多,大孔次之,微孔及中孔所占体积比例最少;注水过程中,高压水的扩孔作用可以沟通孔隙网络,而围压的增加则会增大煤样骨架应力,压缩煤样,使孔体积减小,注水过程最终会形成孔隙储水-裂隙导流的现象。结合压汞实验可知,煤层注水过程中的水的渗流过程会使煤样骨架发生压缩变形,从而改变煤样内部孔隙分布,但是不会对煤样骨架产生脆性破坏,注水结束后,煤样内部产生的变形会在弹性能的作用下恢复原状。基于核磁共振实验及高压压汞实验数据,结合分形几何理论对煤样孔隙结构的分形特征进行了分析。结果表明:根据核磁实验结果测算的分形维数能较好的表征全尺度范围内的孔隙结构,而基于高压压汞实验结果测算的分形维数,在渗流孔隙段存在极好的分形特征,但在吸附孔隙段分形特征不明显,因此压汞法只能较好的表征渗流孔隙段孔隙结构。因此,优选通过核磁共振实验及理论所得到的煤样内部孔隙结构参数及分形维数代入分形毛细管束渗透率模型中,得到理论测算渗透率,与实验结果对比发现渗透率理论值与实测值随围压和孔隙水压的变化规律一致,即水压增大,渗透率上升,围压增大,渗透率降低。由于被测煤样大孔径渗流通道被充填物阻塞,使理论测算结果高于实测值,因此通过煤层注水提高大孔径渗流通道的联通性将会显著提高煤层注水效果。研究结果表明:理论孔隙面积分形维数与实测孔隙体积分形维数均存在一定的改变,同时也因两者定量表征孔隙结构的意义不同而导致变化趋势相反。