基于煤的高温高压变形实验过程中有不同程度的产气现象，本论文以煤的变形行为及其产气机理为目标展开相关实验研究。以次高温高压变形实验为基础，研究无烟煤在不同温度、压力及不同应变速率条件下的变形行为及产气特征。对变形实验后的样品进行X射线衍射(XRD)和激光拉曼光谱(Raman)分析测试，分析不同条件下变形煤的物理化学结构演化特征;同时，对变形前后煤样进行Ro值测试，分析变形前后镜质组反射率椭球(VRI)的变化情况，从而探讨VRI对应力的敏感程度以及是否该值可以指示构造煤所处的构造变形环境。最后，基于量子化学计算方法研究了不同条件下煤产气机理，探讨煤变形过程中所需能量值及能量转化过程。取得如下进展和主要成果:　　1.设计了一套煤的次高温高压实验和气体收集装置。以焦作赵固二矿原生结构完整的无烟煤为试样(ZG2)，设计实验温度不高于200℃，远低于煤的热解温度，确保变形实验过程中所产气体为变形作用的结果。同时，本次研究对ZG2无烟煤样，分别做了5组平行层理样品（平行于自然条件下的水平应力及实验轴向压力）和4组垂直层理样品（垂直于自然条件下的水平应力及实验轴向压力）变形实验。在5组平行层理样品实验的不同温度、压力和应变速率的变形实验中，有4组样品收集到50～100 ml的CO2和CH4气体。表明变形作用能够使煤大分子结构单元发生裂解，生成气体。　　2.煤大分子结构排列对（构造）应力的敏感性研究。平行煤样在受到平行层面方向上的水平挤压应力（σ1）作用时，随着煤变形强度的增加，VRI各轴在短时间做出调整，以适应新的应力作用方向，因此可能表现为水平挤压应力抑制了Ra(VRI长轴)的生长，促进了Rc(VRI短轴)的生长，从而使得Ra转变为风（变形后VRI的短轴），且平行于σ1（后期最大主应力方向）;垂直煤样在受到垂直层面主压应力σ1作用下，随着煤变形强度的增加，Ra增加，以适应新的应力作用方向，因此大致表现为Ro, max值的增大，⊿Ro值相应增大。表明该过程不仅促进了煤变质程度的提高，而且同时促进了VRI形态的改变。　　3.煤的光率体椭球(VRI)作为后期构造作用类型判别指标问题讨论。VRI是否可以象应变椭球体那样反映构造作用类型是一个长期存疑的问题。本实验表明，VR对应力反映非常灵敏，实验的应变速率为～10-5 s-1量级，光率轴即已做出一定程度的调整，而在漫长而复杂的煤盆地演化过程中，构造作用的应变速率远远小于～10-5 s-1，一般在～10-13 s-1量级，或更低。因此在漫长的地质作用过程中，VRI各轴有充分的时间进行调整，以适应新的应力场，而先期煤化作用过程中应力作用的结果则影响很小。因此可以认为，VRI与应变椭球体类似，可以作为反映后期构造作用类型的有效指标。　　4.不同变形机制对煤的化学结构影响的差异性研究。在不同的变形机制条件下，无烟煤样表现出明显不同的化学结构演化特征。无烟煤样傅里叶红外光谱(FTIR)分析表明:煤样的化学结构演化特征随应变速率的降低呈现出显著的规律性变化，煤结构中芳环频带吸收强度缓慢增强，而脂族结构和醚键氧等频带吸收强度迅速降低。随着煤变形强度的增加，煤结构中的芳香结构含量增加，而稳定性较弱的脂肪烃及部分醚键氧含量减少，可能是由于该类基团结合能较低，化学键容易断裂，在变形过程中降解形成小分子基团。Raman光谱分析表明，随着煤变形强度的增加，G峰峰面积逐渐增加，σ1方向上的芳环总量增加，说明σ1很大程度上破坏了煤大分子结构中芳香层片的定向排列;D峰峰面积增加，表明σ1方向上的次生结构缺陷数量增加，有序度降低，该现象可能与煤变形过程中产气有关。一般认为煤大分子结构中缩合芳环分布为水平方向上的延伸，因此σ1对于垂直方向上的煤结构中芳香层片及其他官能团的破坏远少于平行层面方向上，因此垂直层面方向上煤大分子结构中的小分子官能团脱落的量远少于平行层面方向上，这也可以解释垂直方向上应力作用过程中并未收集到气体，因此AG值和AD值较小。　　5.变形作用对煤的化学结构的影响机理探讨。在无烟煤变形过程中，煤大分子结构中芳香烃类基团上的羰基随着变形程度的增大，煤大分子结构内部的能量平衡遭破坏，伴随着旧化学键的断裂及新化学键的生成，因此羰基脱落，形成CO分子。因此，参照前人的无烟煤结构模型，截取分子结构片段来模拟煤在构造应力作用下变形过程，从而得出两组分子片段形成单个CO分子所需的能量分别为1199 kJ/mol、1328 kJ/mol。计算结果表明:实验施加的机械能足以破坏煤大分子结构，从而形成CO气体。