我国煤层气资源丰富,煤层气的开发利用也取得了一定的进展,但依然存在一些根本的问题有待解决以提高煤层气的产量。煤对甲烷和二氧化碳的吸附机理是煤层气开采中的关键问题,解决这些问题需要从宏观和微观上进行研究。本文主要从微观上开展核磁共振、红外光谱、X射线光电子能谱等化学结构测试,结合工业分析、元素分析,建立了长焰煤(Ro≈0.67%)、焦煤(Ro≈1.50%)、和贫煤(Ro≈2.21%)三个煤阶的煤大分子结构单元。分子建模表明长焰煤煤分子中,芳香碳主要以二环芳香结构单元为主,氧元素主要以羰基、羟基、醚氧基、酯键的形式存在,硫元素主要以噻吩型硫的形式存在,氮元素主要以吡啶吡咯型氮存在;焦煤煤分子中,芳香碳主要以二环和三环芳香结构单元为主,氧元素主要以羰基、酚羟基的形式存在,硫元素主要以噻吩型硫的形式存在,氮元素主要以吡啶吡咯型氮存在;贫煤煤分子中,芳香碳主要以四环芳香结构单元为主,氧元素主要以羰基、酯基、醚氧基、羟基的形式存在,氮元素主要以吡啶吡咯型氮存在。对不同煤阶煤大分子初始结构单元进行分子力学和分子动力学优化,获得能量最低模型,并进行模型密度模拟,得到长焰煤、焦煤和贫煤煤大分子结构单元的密度分别为为1.3g/cm3,1.35g/cm3和1.35g/cm3,单个晶胞大小分别为:a=b=c=16.3A,a=b=c=14.9A和a=b=c=14.9A。运用MS中模块sorption模块进行煤大分子饱和吸附和等温吸附模拟,结果表明长焰煤、焦煤和贫煤煤大分子结构模型对甲烷的饱和吸附量分别为7、2、3moleculars/u.c,对二氧化碳的饱和吸附量分别为9、3、4moleculars/u.c。同时,对焦煤煤分子构型又进行甲烷和二氧化碳优势吸附位分析。最后,开展了煤大分子竞争吸附模拟,表明不同煤阶煤大分子结构模型对CH4和CO2的吸附量大小关系为:CO2>CH4,并且在CH4、CO2的竞争体系中,二氧化碳具有竞争吸附优势的结论。