矿井瓦斯(煤层气)不仅是一种灾害源,也是一种绿色能源,煤层气开发有利于优化国家能源结构并控制煤矿瓦斯事故。针对我国煤层“高储低渗”的瓦斯赋存特征,强化瓦斯抽采技术被广泛提出,其核心思想是通过人为扰动改变储层物性结构以达到促进瓦斯解吸或增透的目的。然而,传统的煤层水力化增透技术极易导致水锁伤害,新兴的物理化学增透措施也都存在着工艺复杂、能耗高、污染严重等局限性。本文以煤层瓦斯的微波注热增产为背景,以微波辐射实验系统为基础,借助理论分析、物理实验及数值模拟等手段深入研究了微波辐射下煤体热力响应及其流-固耦合机制,得到以下重要成果:首先,介绍了微波辐射系统并建立了微波场内煤的多相多孔介质模型,利用该模型研究了煤的微波热力响应机制。发现微波辐射煤体热效应包括介质损耗产热、水分蒸发散热、煤体内部对流换热及表面对流散热;高温下,液态水蒸发为水蒸汽并溢散到空气中,煤体温度的不均匀分布导致水分蒸发呈现异步性,从而引起高压蒸汽喷溢,继而造成煤体损伤;微波功率的提高会增大煤体升温的异步性及不均匀性,而煤体含水饱和度的增大有助于提高其升温速率。其次,利用红外光谱研究了微波对煤体分子结构的改造过程,利用扫描电镜观察了微波对煤体孔隙形态的作用效果,利用压汞和核磁共振揭示了微波对煤体孔隙分布的影响机制。结果表明,微波能够促使煤中脂肪烃分解并以挥发分的形式脱除,高温高压气体冲击会导致闭合孔打开并连通,孔容增大;煤发生芳构化反应及缩聚反应,芳香度提高,微、小孔减少而中、大孔增多,孔隙比表面积减小;此外,羟基、羧基等亲水性含氧基团的减少会导致煤体束缚水能力及吸附瓦斯能力的降低。再次,设计了循环实验以研究微波对煤体宏观裂隙场、温度场及波速场的影响机制。结果表明,微波能够有效致裂煤体,延长辐射时间有利于裂隙扩展,增大微波功率既有利于微裂隙发育,又有助于裂隙的相互贯通;随着微波辐射的持续,煤体承受的热损伤逐渐累积,裂隙长度与开度加大,加剧了裂隙对超声波的阻断效应,从而导致纵横波波速降低;另外,煤体非均质性越强,其在微波辐射下的破裂现象越显著;煤样含水率的增大也有助于微波致裂。然后,利用核磁共振仪研究了微波辐射对煤的脱水特性,利用接触角测试仪探讨了微波辐射对煤体润湿性的影响,利用煤岩渗透率测试仪揭示了微波辐射对煤体渗透性的影响,利用瓦斯解吸仪研究了微波辐射下煤体瓦斯储运机制。结果表明,微波辐射通过减少亲水性含氧官能团减弱了煤体润湿性,从而有助于水锁效应的解除;随着原始煤样含水率的增大,其渗透率呈负指数降低,微波辐射后,干燥煤样渗透率升高,随着煤样含水率的增大,微波增透率呈指数型增长;微波辐射会导致煤体瓦斯解吸速度加快,总解吸量增大,说明微波辐射改善了煤体孔隙结构,使得瓦斯更容易从煤基质及孔隙系统中运移出来。最后,建立了微波辐射煤储层的电磁-热-流-固全耦合模型,利用该模型研究了微波辐射对煤层瓦斯储运的影响。结果表明,微波辐射下瓦斯解吸引起的基质收缩是导致煤体孔隙率、渗透率增大的关键因素;相对于常规抽采,微波注热条件下的累计瓦斯抽采量提高43.9%;低功率连续微波注热既有利于保持较高的抽采效率,也有利于防止煤层过热;另外,煤储层的微波热改造更适用于高瓦斯低透煤层。研究生期间共发表学术论文18篇,其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文6篇(JCR一区3篇,二区3篇),EI论文2篇,核心论文2篇;共申请国家发明专利24项,其中授权12项;获省部级科技一等奖4项。