中国煤炭具有地质构造复杂、瓦斯含量和吸附量高、渗透率低的特点,严重制约着煤炭安全开发和瓦斯高效抽采。随着煤层增透技术的发展,液氮循环冷浸致裂煤体抽采瓦斯的研究取得了广泛关注。在热应力和相变冻胀力等综合作用下,煤内部的孔、裂隙结构和化学结构发生变化,致使煤的吸附解吸特征改变。研究液氮冷浸作用下煤的孔、裂隙结构和表面官能团的演化规律及吸附变形机理对煤炭安全高效开采具有重要的理论意义和应用价值。本文紧紧围绕液氮冷浸条件下煤微观结构特征及其对吸附变形的影响,从煤的物理、化学结构着手,通过实验室实验、理论分析和物理建模等手段,研究液氮冷浸作用下不同煤质煤样孔隙、裂隙和化学结构的演化特征;分析不同液氮冷浸次数下煤体瓦斯吸附能力及其膨胀变形规律;探讨了液氮冷浸作用下煤的吸附变形影响机理,建立了不同液氮冷浸次数作用下煤的吸附应变模型,并结合实验结果验证了理论模型的正确性。本文获得的主要结论如下:（1）利用工业显微CT实验系统研究了液氮冷浸作用下不同煤质煤样内部微观裂隙结构特征,发现液氮冷浸促使褐煤、烟煤和无烟煤内部萌生新裂隙、原有裂隙扩展联通,形成裂隙网;采用Matlab编程和VG Studio MAX图像分析软件对煤样CT扫描后的裂隙提取计算,统计发现液氮冷浸后煤的裂隙量化值均增大,不同变质程度煤样的裂隙量化值增幅大小关系为:褐煤>烟煤>无烟煤。（2）实时监测了液氮冷浸过程中煤的温度分布规律,分析了液氮冷浸次数、煤的变质程度和形状对煤温度场的影响。发现煤的温度随液氮冷浸时间增加先加速降低后减速降低最终达到低温平衡状态;液氮冷浸过程中无烟煤的温变速度最小,其次是烟煤,褐煤的温变速度最大,不同煤质煤样达到低温平衡所需时间:无烟煤>烟煤>褐煤;在热应力和相变冻胀力等综合作用下,煤的裂隙结构更加发育,进而加快温度传递;且煤达到低温平衡所需时间随液氮冷浸次数增加缩短。（3）开展了不同煤质煤样在不同液氮冷浸次数条件下的核磁共振测试,研究了液氮冷浸对煤孔隙结构特性的影响规律。发现液氮冷浸促使煤的T2谱峰向右偏移,且使无烟煤从间隔型T2谱发展为连续型T2谱,说明液氮冷浸导致煤内部孔隙向大尺寸转化,孔隙连通性变好,孔隙结构更加发育。随液氮冷浸次数增加,煤的孔隙尺寸、孔数量逐渐增大,增幅大小依次为:无烟煤>烟煤>褐煤。（4）实验测试了液氮冷浸作用下煤的孔隙结构特征,得到不同煤质煤样BET比表面积、BJH总孔容和吸附孔比表面积随液氮冷浸次数的变化规律。发现随液氮冷浸次数增加,煤的BJH总孔容和渗流孔孔容逐渐增加,而吸附孔比表面积和BET比表面积逐渐减小;基于氮气吸附实验结果,运用分形理论计算了煤的孔隙结构分形维数D1和表面分形维数D2;发现D1随液氮冷浸次数增加呈线性增大,而D2逐渐减小,说明液氮冷浸作用使不同变质程度煤的孔隙结构复杂化,且促使煤的表面更加光滑。（5）采用元素分析仪、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪（FTIR）对煤样的化学微结构进行了分析,结果表明:随煤的变质程度升高,碳、氮和硫元素含量逐渐增加,氢和氧元素含量逐渐减少;各煤样的傅里叶红外光谱均可划分为4个吸收带:芳香结构、含氧官能团、脂肪族和羟基吸收带;液氮冷浸后煤中羟基和含氧官能团的峰强度面积增大,且A（C=O）/A（C-O）值增大,A（CH3）/A（CH2）减小,主要原因是液氮冷浸使煤中甲基类侧链在逐渐减少、亚甲基类直链在增多。（6）利用等温吸附变形实验系统,研究了不同液氮冷浸次数条件下不同变质程度煤的甲烷吸附能力及膨胀变形规律,发现升高吸附温度能够抑制煤对甲烷的吸附膨胀变形能力;液氮冷浸后不同煤质煤样的甲烷吸附量和体积应变均减小,且煤吸附甲烷的能力和膨胀变形随液氮冷浸次数增加逐渐减弱;构建了平衡压力与温度共同作用下煤的等温吸附方程,该方程能很好地描述各种温度、压力条件下液氮冷浸煤的吸附特征。（7）探究了液氮冷浸作用下煤的孔隙结构及化学微结构对等温吸附变形的影响。发现液氮冷浸下煤的饱和吸附量与吸附孔T2谱面积、BET比表面积、BJH总孔容存在良好的线性关系;液氮冷浸后煤内部孔隙尺寸朝着大孔径孔隙方向发展,孔的比表面积减小,甲烷的吸附空间减少,抑制了煤对甲烷的吸附作用。液氮冷浸后煤表面羟基和羧基含量增加,减弱了煤与甲烷之间的相互作用能,削弱了煤对甲烷的吸附能力。基于热力学原理,建立了参数物理意义明确,且不受压力范围限制的不同液氮冷浸次数下煤的吸附变形模型,并对其进行了可行性验证。