我国煤层瓦斯储量丰富,煤层瓦斯抽采及利用的前提是瓦斯含量大小及其富集区的准确预测。煤体瓦斯在吸附时的主要场所是在煤体的微孔隙、裂隙以及基团的表面,煤体表面微结构的变化影响了煤体的瓦斯吸附,进而引起煤层瓦斯赋存的不均衡性。因此,本文采用实验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法以东胜褐煤、大柳塔烟煤、成庄无烟煤三种不同变质程度的煤样为研究对象,从它们的孔结构及表面官能团特征入手,深入研究不同煤瓦斯吸附特性的变化,从而为认识煤孔结构及表面官能团特征对瓦斯吸附的影响机制提供理论指导。本文通过液氮吸附实验、13C-核磁共振实验、傅里叶变换红外光谱实验,对这三种煤样的孔结构及表面官能团特征进行了研究,发现随着煤样变质程度的升高,孔容和孔比表面积在数值上均表现出U型变化趋势,三种煤样的孔隙形状特征存在一定的差异;从褐煤到无烟煤,煤样的芳香度和芳香化合物大分子结构的缩合程度逐渐增加,含氧官能团和侧链逐渐减少,含氧官能团的类型主要是羧基、羟基、羰基、醚等,其中,羧基主要存在于中低变质程度的褐煤和烟煤当中。利用Chemdraw软件和Materials Studio软件结合实验结果,构建了东胜褐煤和成庄无烟煤的大分子模型,并确定它们的分子式分别为C153H139N3O29和C188H138N2O7。对所构建的模型优化后采用分子探针技术,基于康纳利原理测定了其孔隙结构,得到褐煤的比表面积为40.5707 m~2/g,孔体积为0.022873 cm~3/g;无烟煤的比表面积为45.5005 m~2/g,孔体积为0.034971 cm~3/g。采用数值模拟的方法,利用Materials Studio模拟软件分别对褐煤及无烟煤大分子模型进行了吸附模拟,根据CH4、CO2、H2O这三种不同吸附质的等温吸附模拟结果,发现其吸附等温线符合Langmuir方程,温度越高,吸附量越小,三种吸附质的吸附量从小到大依次是CH4、CO2、H2O。对于添加酸性含氧官能团后的无烟煤大分子模型,利用蒙特卡洛方法对其CH4吸附量进行了模拟,发现CH4的吸附量均出现了一定的降低,说明添加酸性含氧官能团对无烟煤吸附CH4具有一定的抑制作用,在抑制效果方面,羧基最好,酚羟基居中,内酯基最小。本文共有图47幅,表33个,参考文献85篇。