我国煤层气储量丰富,但多数储层具有低含气饱和度、低渗透率和低压力等“三低”特点。现有常规方法抽采煤层气的经济性较低,而微波辐射煤体是一种新型的煤层气强化抽采方法,其加热的快速性、整体性以及环保性受到学界与业界的广泛关注。为了验证微波强化抽采煤层气的可行性,并为应用推广这一技术提供实验及理论依据,进行自然环境下煤体微波辐射时的温变规律与微波辐射时受载煤体煤层气运移机理的研究具有重要意义。基于电磁学、热力学、岩石力学、弹性力学、渗流力学和控制科学等多学科理论,利用数学建模、实验室实验和数值仿真等方法和手段,对微波辐射下受载煤体温度变化特性、煤层气运移机理和工程应用等内容展开系统的研究。主要研究成果如下:（1）自主研制了微波辐射三轴加载实验系统。实现了微波场、应力场和渗流场对煤样的同时加载,并可实时获取实验过程中煤样的轴压、围压、孔隙压、温度和气体流量数据。该实验系统具有结构简单、安全性高、密封性好、压力范围大和数值稳定等特点。（2）开展了应力场与渗流场共同作用下微波加热实验,得到了微波辐射下受载煤体温变规律。煤体温度的平均变化量与微波功率呈正比关系,煤的温度变化率随着孔隙压递减。在煤样降温过程中,孔隙压较大时温度变化率能够保持一段时间,且微波功率越大保持时间越长。（3）开展了微波辐射下煤层气解吸-扩散实验和渗流实验,得到了不同功率微波作用煤体解吸动力学及渗透率变化规律。微波辐射时,煤层气解吸平均速度随微波功率递增,温度值对解吸速度的影响大于孔隙压。受孔隙压影响,同一功率下的解吸速度变化规律不同。微波辐射过程中煤样的最大渗透率随孔隙压递减,在孔隙压较低时渗透率受微波影响较大。渗透率变化率随孔隙压的增加呈现快速降低趋势。在微波辐射过程中,渗透率变化趋势与孔隙压基本保持一致,但滞后于孔隙压的变化。在不同孔隙压范围内,温度对渗透率的影响不同且存在渗透率的温度敏感区域。渗透率随孔隙压递增,增大速度由微波功率决定。（4）根据微波下煤岩解吸动力学规律,考虑解吸时间影响,证实了滞后时间的存在。基于控制理论方法,建立了微波作用下考虑滞后时间的煤层气解吸-扩散模型,揭示了微波辐射下煤层气解吸-扩散机理。由于应力场的作用,煤岩的基本物性参数发生变化。应力导致煤岩介电参数的变化,使煤岩微波响应能力被削弱。热性参数随应力变化,提高了煤岩的能量储存性能。微波能量影响下煤岩渗透率能够遵从指数曲线快速增加。由于温度、孔隙压和基质吸附性能对渗透率的影响不同步,渗透率波动式上升。孔隙压影响煤岩的储能特性,微波功率决定能量的输入速度。（5）建立了多孔介质的电磁-热-流-固耦合模型,通过对比煤岩渗透率在微波辐射与自然降温下的变化规律,验证了脉动微波注热促采煤层气的有效性。利用多场耦合软件进行工程应用仿真研究,研究结果显示:在微波辐射受载煤体过程中,脉动微波注热方式对煤层温度、气体压力、渗流速度、渗透率、煤层含气量和累计产气量产生重要影响。随着微波作用时间的增加,煤层平均温度逐渐升高,温度差异不断减小,大量气体被解吸,功率微波显著提高热影响区域煤层的渗透率。研究工作丰富了微波加热理论与应用,研究结论可为微波辐射促采煤层气的工程应用提供理论支撑和应用指导。该论文有图113幅,表29个,参考文献179篇。