煤的原位微生物转化是一项成本低、环境友好、可实现原位煤炭资源流态化开发的一种新方法,实验室煤的高效生物液化以及原位微生物增产煤层气的工业试验均证实了生物法实现煤的原位转化具有很大的发展潜力。无论是注入外源菌,还是刺激强化本源菌来提高产率,微生物在煤体多孔介质中的有效传输与代谢是生物法原位转化的关键技术,目前还有许多问题亟待深入研究。本文从微生物的代谢-传输理论分析入手,在优选降解煤菌株的基础上,设计菌株驯化方案,通过煤的微生物降解实验、煤吸附微生物实验、煤体内微生物代谢-传输等实验,揭示了微生物传输过程的滞留和降解对对流-弥散的影响规律,并在此基础上对固体煤的原位生物流态化开采的工程应用进行了初步设计。主要研究内容与结论如下:1、建立了煤体中微生物代谢-传输-煤体变形物理数学模型。将微生物降解固体煤的多阶动力过程简化为液化-气化两阶段模型,量化了该模型的气/液源汇项;考虑非饱和煤体多孔介质中的两相三组分传输:气液两相在源汇项影响下渗流,微生物随液相迁移,并伴随着吸附滞留和生长死亡;推导了生物降解、滞留、应力和孔隙压力四重作用下的孔隙率变化方程;在此基础上建立了非饱和煤体中微生物代谢-传输-煤体变形的数学模型。2、成功驯化适应煤层原位环境的黄孢原毛平革菌。基于煤自身木质素和芳香化合物的结构,优选黄孢原毛平革菌作为降解煤的实验菌株。设计驯化实验系统和方案,按照煤层原位条件设置压力、氧含量和温度参数对黄孢原毛平革菌进行梯度驯化,测定了驯化后的菌株生长曲线、菌落形态、A-C标准曲线。使用驯化的黄孢原毛平革菌开展实验,研究其对同粒径褐煤的降解率,结果显示:30℃、150 r min^-1条件下降解率可达25.6%;粒径越小,降解率越高;降解率曲线有明显的阶段性,0⁷d降解率线性上升,7¹3d降解率稳定增加,13d降解率基本稳定。3、通过褐煤吸附黄孢原毛平革菌的吸附实验,推荐了吸附模型,分析吸附影响因素。从热力学分析发现,褐煤吸附黄孢原毛平革菌为自发过程;通过静态续批实验发现,Freundlich多分子层模型（拟合相关系数0.99）和准二级动力学方程（拟合相关系数0.99）比Langmuir单分子层吸附模型和准一级动力学方程更能准确地描述煤对黄孢原毛平革菌的吸附过程。自然褐煤煤样吸附黄孢原毛平革菌后煤-水接触角降低33%,表面润湿性增强;粒径越小,吸附能力越强;初期吸附平衡时间约为30min。4、提出了一种微生物在煤层原位赋存条件相似的代谢-传输模拟实验方法。设计构建了生物流体代谢-传输的实验系统;在实验条件为轴压5Mpa、围压4Mpa、温度20℃、煤柱φ50×100mm、含氧量5%、注入压力3Mpa、菌液浓度10⁶个/mL,空白参比为无菌水,连续监测48h菌液渗透通量、产气量以及渗出菌液浓度;实验后煤柱按照注入方向分三段分别取样进行扫描电镜和压汞分析。实验发现:随注入时间的增加,菌液的渗透通量降低,自开始到48h时,累积代谢产气220mL,黄孢原毛平革菌滞留量增加而滞留率降低;菌液降低的渗透通量与菌液的代谢产气和菌液在煤体内的滞留量相关;扫描电镜显示了黄孢原毛平革菌随压降方向滞留在煤芯出口端,压汞测试褐煤自然煤样平均孔隙率为49.37%,注入黄孢原毛平革菌后煤芯注入端、中端和出口端三位置处孔隙率分别为34.3%、33.91%和27.62%,分别降低30%、31%和44%,与扫描电镜结果一致。依照注入菌种的微米级尺度,将煤的孔隙分为5种,微孔（<0.1μm）、小孔（0.1-1μm）、中孔（1-10μm）、大孔（10-100μm）和裂隙（>100μm）,结合注入前后五种孔隙的比例变化以及比表面积变化,发现注入菌液有压裂和滞留双重作用,而且对不同的尺度的孔隙影响不同,滞留在裂隙和大孔中黄孢原毛平革菌,对于裂隙和大孔来说滞留效应大于压裂,使得裂隙和大孔比例降低进而转化为中孔,而对于微孔和小孔由于微生物无法进入,压裂占主导作用。5、原位生物流态化采煤工程应用的初步设计。基于固体资源转流态化开采的理念,从微生物转化煤的气态和液态产物综合利用角度出发,归纳了微生物降解转化固体煤的流态化产物,探讨了生物法实现原位条件下煤转流态化开发的技术构想。给出了生物流态化采煤的微生物激活体系:包括好氧-厌氧复合菌剂制备方法、营养液配方、循环注采步骤;一注三回九孔道和一注四回十二孔道井网设计;预处理系统、注入系统、地面发酵系统、反应控制系统、回采系统等在内的开采系统以及对应的开采工艺。分析了原位生物流态化采煤的关键技术及应用前景,为科学和绿色采煤提供了新思路。