针对我国绝大多数高瓦斯煤层渗透性差和当前低渗透煤层强化抽采瓦斯效果不理想的现状,结合超临界二氧化碳强扩散和溶解增透孔隙介质等独特优点,提出利用超临界二氧化碳充分改善低渗透煤层渗透性促进瓦斯渗流解吸扩散的提高煤层气采收率的方法。采用宏细观实验、理论分析和数值模拟相结合的方法研究超临界二氧化碳作用后低渗透煤层微观结构演化及增透规律,主要研究工作及成果如下:(1)自制三轴加载超临界二氧化碳增透实验装置,开展不同条件超临界二氧化碳作用后煤的宏观增透实验。结果表明:超临界二氧化碳增透低渗透煤层效果显著,增透后煤的渗透率较增透前和非超临界二氧化碳作用后均提高一个数量级。得到了不同体积应力、温度和孔隙压力超临界二氧化碳作用后煤的渗透率变化规律:随体积应力增加,煤的渗透率呈负指数变化规律;随孔隙压力增加,煤的渗透率呈正指数变化规律;恒定孔隙压力不同温度超临界二氧化碳作用后,煤的渗透率得到提高,但在二氧化碳超临界温度范围内,煤的渗透率随温度增加呈降低变化规律。超临界态二氧化碳的孔隙压力对煤的增透效果起主控作用。(2)在宏观增透实验基础上进行煤微观扫描成像实验,得到了超临界二氧化碳作用后煤微观孔裂隙演化规律及对宏观渗透性的影响规律:增透后煤微观孔隙率是增透前的10倍;随孔隙压力增加,蜂窝状孔隙逐渐演化形成连通的网络通道,孔隙分形维数逐渐增大,孔隙率呈正指数变化规律;恒定孔隙压力不同温度超临界二氧化碳作用后煤的孔隙率明显提高,但超临界态下孔隙率随温度增加呈递减的变化规律;超临界二氧化碳作用后煤的宏观渗透率随微观孔隙率增加呈正指数变化规律;宏微观实验结果一致:超临界二氧化碳增透促进了煤微观孔裂隙演化,提高了低渗透煤层的渗透性。(3)依据超临界二氧化碳作用后煤微观孔裂隙演化规律,建立考虑体积应力、温度、孔隙压力及超临界二氧化碳溶解增透作用影响的孔隙率动态演化模型。结合孔隙率和渗透率之间的关系建立渗透率动态演化模型。根据增透煤微观孔隙率变化定义损伤变量,得出考虑体积应力、温度、孔隙压力及超临界二氧化碳溶解增透作用影响的损伤函数。建立煤体变形场控制方程、超临界二氧化碳在煤孔裂隙中运移的渗流场方程和温度场控制方程。(4)依据增透煤微观孔裂隙演化规律建立反映煤体内部真实细观结构的孔裂隙随机分布的三维实体模型,利用ABAQUS软件提供的场变量子程序,结合PYTHON脚本和子程序二次开发功能,开展不同注气条件下低渗透煤层单孔、双孔注超临界二氧化碳增透规律数值模拟。结果表明:超临界二氧化碳注入后,注气孔周围煤孔隙率和渗透系数均较注气前提高一个数量级;随孔隙压力增加,煤微观孔裂隙演化速率增加,损伤程度和渗透系数增大;不同温度超临界二氧化碳注入后煤微观孔隙率得到提高,但随温度增加,煤微观孔裂隙演化速率减慢,煤体损伤和渗透系数的增加程度减小。双孔注超临界二氧化碳增透效果好于单孔,选择合适的注气孔间距有利于煤微观孔裂隙演化贯通,提高增透效果。