随着“双碳”目标的制定和提出,我国能源消费结构正在发生变化,传统的化石能源占比逐渐下降,而清洁能源将会占据主导位置。合理开采煤层气能源,不仅可以减少煤层气排空带来的大气污染,还可以节约能源,改善能源消费结构,更有助于“双碳”目标的达成。微生物增产煤层气将微生物群落和营养物注入煤层降解煤中有机物,产生新的生物煤层气,使得煤层气产量增大,有助于持续、稳定获得煤层气。但是煤炭分子网络结构复杂,需要使用一些预处理技术改善煤分子结构,以利于微生物降解。超临界CO2萃取作为一种性能优良、安全可靠的技术,能够改变煤结构,从煤体中带走小分子化合物,同时暴露出新的有机物供微生物利用,有效提高煤中有机物的生物有效性。本文以太原西山烟煤为研究对象,采用高通量测序、GC-MS、工业分析、FTIR、13C-NMR等检测手段,研究超临界CO2萃取不同时间萃余煤结构变化规律、生物降解产甲烷对煤结构的影响规律、超临界CO2-生物联合作用下煤结构的演变规律,结合甲烷生成、微生物群落结构、中间代谢产物等揭示超临界CO2与生物联合作用对煤结构的影响机制。取得的主要结果如下:（1）随着超临界CO2萃取时间的延长,萃取率逐渐增大。7天的萃取率超过了2%,28天的萃取率达到4.78%。0.5天萃余煤的3-取代苯、4-取代苯比原煤下降1.57%和0.12%,而在7天萃余煤中也发现了同样的下降趋势。说明超临界CO2破坏了3-取代苯、4-取代苯结构,并将其带走脱离煤体。随着萃取时间的延长,含氧官能团中环醚类、CH2-C=O和羧酸盐类物质逐渐下降。萃取21天至28天,脂肪类官能团CH和CH3被携带离开,使得萃取物中脂肪烃类物质占比升高。超临界CO2能够提高煤中芳香族甲基碳、亚甲基碳、次甲基碳、季碳、含氧芳碳和羧基碳这五类含碳官能团的含量,从而使萃余煤产气潜力增强。超临界CO2首先作用的是与其他分子较难产生分子间作用力、分子量较小的芳香烃类化合物;进一步破坏含氧化合物间的氢键和范德华力,将其从煤大分子结构中释放出来。持续作用下,煤表面紧密的分子结构变松散,使得部分长链脂肪烃被带离煤骨架结构。（2）原煤的甲烷最大产量为101.92μmol/g煤。生物主要利用了芳香类官能团中的4-取代苯和5-取代苯,消耗了煤中的大多数含氧类物质,以及脂肪类官能团中的脂链或脂环中CH官能团。微生物菌群可以降解煤骨架结构中的脂肪碳,并且可以利用芳香桥碳和质子化芳碳,从而打开苯环的复杂结构。生物作用后变化最明显的是羰基碳,其含量的变化直接影响到甲烷产量。生物极大地利用了煤中官能团进行生物产气,各官能团含量明显下降,下降幅度高于超临界CO2作用。（3）0.5天萃余煤的产气量最高,为217.07μmol/g煤,比原煤增加了112.98%。随着超临界CO2萃取时间的延长,萃余煤的最大甲烷产量呈现下降趋势。21天与28天产气量基本相近,约111.46μmol/g煤,但仍比原煤高9.36%。联合作用增大了微生物对煤中芳香类官能团3-取代苯、含氧官能团共轭C=O和脂肪类官能团芳香环上的CH3、脂链或脂环中CH3官能团的利用,使得甲烷产量增加。4-取代苯含量均大幅下降,平均降幅超过30%。另外,延长超临界CO2的萃取时间,可以促进5-取代苯、芳香环上的CH3、脂链或脂环中CH3官能团的进一步降解。并且发现能够促进亚甲基碳、次甲基碳和季碳、含氧脂肪碳、芳香支链碳、含氧芳碳和羧基碳的进一步降解。由此提出了超临界CO2-MECBM模型,指出生产井底附近区域的煤体是超临界CO2-MECBM的有利区域。