随着矿井开采深度的增加，煤层渗透性逐渐降低。煤层渗透性直接影响到矿瓦斯抽采的难易程度，为增加煤层渗透率，近年来低温液氮冷增透技术应运而生，研究液氮冷冻对煤体物性特征的影响，对于该技术的实施具有理论与现实意义。本文从核磁共振实验参数的合理选取出发，实验分析了液氮冷冻煤体的微观孔裂隙特性变化规律，研究了液氮冷冻煤体宏观力学性质与破裂特性，对比得出了液氮冷冻煤体瓦斯解吸能力变化，数值模拟分析了液氮冷冻对瓦斯驱替效果的影响，并取得以下研究成果：
　　（1）为确保低场核磁共振实验测试煤体孔裂隙实验精度，对比了等待时间、回波个数、回波间隔、重复次数对实验结果的影响，研究确定了煤孔裂隙核磁共振测试参数。确定了核磁-孔径转换系数，计算得出了无烟煤、焦煤原生孔裂隙分布，得出了不同变质程度煤体T2截止值，对比了不同变质程度煤体内部孔裂隙发育特征。
　　（2）实验研究了液氮冷冻条件下煤体孔裂隙特征，通过核磁共振实验结果对比，得出了无烟煤、焦煤裂隙体积随液氮冷冻时间、样品饱水度、冷冻次数的变化规律，发现了液氮冷冻对于无烟煤裂隙体积增加率的影响整体大于焦煤，低样品饱水度冷冻焦煤裂隙体积增加较少。数值模拟得出了饱水煤样液氮冷冻温度传播过程，理论分析了液氮冷冻煤体裂隙扩展的机理与破裂形式，检测了液氮冷冻煤体破裂过程声发射变化规律。
　　（3）实验研究了液氮冷冻对煤体力学特性及破裂特性影响，通过对比了未冷冻与液氮冷冻煤样应力-应变曲线，得出了液氮冷冻对煤体弹性模量、抗压强度、脆性指标的影响，分析得出了力学性质发生变化的本质原因。根据损伤力学理论，确定了损伤变量演化规律，建立了考虑全应力-应变特征的统计损伤本构模型，验证了模型的合理性，得出了液氮冷冻对模型参数的变化影响。通过煤样的破裂形式、声发射、能量耗散的特征的对比，得出了液氮冷冻煤样在加载过程中的破裂特征。
　　（4）通过煤粒瓦斯解吸实验研究，对比得出了液氮冷冻对煤体瓦斯解吸能力的影响。分析得出了在不同瓦斯平衡压力条件下，液氮冷冻煤样解吸量，扩散系数均产生了不同程度的增加。根据扩散-渗流方程，数值模拟得出了颗粒煤解吸过程中孔隙、裂隙系统瓦斯压力分布，提出了一种计算瓦斯解吸量的方法，并对计算结果加以验证。根据分形理论，计算得出液氮冷冻煤样孔裂隙分形维数，分析裂隙分形维数与扩散系数的相关关系。
　　（5）通过理论分析，得出了液氮冷冻煤体裂隙扩展对煤层渗透率的影响。结合达西定律、质量守恒方程，建立了煤层氮气-瓦斯运移控制方程，数值模拟分析了注氮驱替瓦斯过程中，煤层瓦斯压力分布情况，对比了液氮冷冻对煤层瓦斯驱替效果的影响。