煤层气是以CH4为主的洁净矿产资源。目前，中国低阶煤煤层气的开发利用已经取得了一些进展，但也存在着一些低阶煤盆地，煤层气产量过低甚至无气产出的现象。人们尝试将CO2注入低阶煤层中，来提高煤层气的采收率，但效果仍然达不到预期。为了揭示这一现象产生的原因，本文选取低煤级大同煤田马脊梁矿烟煤（Majiliang bituminous coal，MBC，挥发分为38.18%）作为研究对象，结合工业分析和元素分析、13C核磁共振波谱、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱及X射线衍射谱图等测试结果，构建MBC聚集态结构模型。对MBC聚集态结构模型进行CO2、CH4的单组分及二元组分等温吸附模拟；分析聚集态结构模型吸附前后的能量变化、微晶结构变化与孔隙组成变化，并与屯兰（Tun lan，TL，挥发分为16.75%）煤、成庄（Cheng zhuang，CZ，挥发分为8.89%）煤聚集态结构模型的吸附特征进行对比，探讨煤级对吸附的影响机理。
　　MBC大分子结构模型中，范德华能Evan及扭转能ET对其稳定性和芳香层片的短程有序起着重要的作用。模型的核磁共振碳谱、红外光谱与样品的测试谱吻合较好。模型的模拟密度1.37g/cm3与样品实测密度基本对应。分析不同数量MBC单分子结构形成的聚集态模型，对比各模型d002、Lc等晶胞参数与样品XRD实测谱图分峰拟合结果，推测出由4个左右MBC单分子构成的聚集态结构模型与实际样品相符。
　　模拟MBC聚集态结构模型对CH4、CO2的等温吸附，CH4的吸附量小于CO2的吸附量。吸附CH4、CO2后，CO2对煤的微晶结构和微晶排列具有改善作用，而CH4则具有破坏作用。表现为：煤级程度大于CH4吸附CH4后的d002>吸附前的d002>吸附CO2后的d002；吸附CO2后的Lc>吸附前的Lc>吸附CH4后的Lc；吸附CO2后的La>吸附前的La>吸附CH4后的La。吸附前后孔隙组成的变化表明，CH4、CO2优先吸附在孔径范围为4.3~6?的孔隙中，然后在孔径范围为3~4.3?的孔隙中继续吸附。
　　对比分析MBC、TL与CZ煤聚集态结构模型的等温吸附性能，CH4、CO2的吸附量随煤级升高不断增加。吸附CH4、CO2后，对TL与CZ煤聚集态结构模型的微晶结构和排列产生了相同的影响，CO2的影响程度大于CH4。表现为：吸附CO2后的d002>吸附CH4后的d002>吸附前的d002；吸附前的Lc>吸附CH4后的Lc>吸附CO2后的Lc；吸附前的La>吸附CH4后的La>吸附CO2后的La；这种影响与吸附CH4、CO2后，对MBC聚集态结构模型的微晶结构产生的影响不同。在TL与CZ聚集态结构模型的吸附模拟中，表现出与MBC模型相似的孔隙组成规律，孔径范围为（6~6.7?）的孔隙数量随煤级升高而不断增多；CH4、CO2优先吸附在孔径范围为（4.8~6.7?）的孔隙中，然后在孔径范围为（3~4.8?）的孔隙中继续吸附，CO2对孔径范围为（3~4.8?）表现出更强的选择性。
　　本文分析MBC、TL与CZ三个不同煤级煤的聚集态吸附特征，对比CH4、CO2在不同孔径微孔中的竞争吸附，揭示不同煤级煤聚集态结构特征对CH4、CO2的响应差异。本研究将从微观机制上为煤炭资源、煤层气资源的高效利用提供一定的理论指导。