煤中吸附的甲烷含量可以占到总吸附量80-90%以上,了解煤中的甲烷吸附不仅有利于提高煤层气的采收率,而且对煤与甲烷同时开采具有重要的指导意义。影响煤对甲烷吸附能力的因素较多,其中煤变质程度对煤的吸附特性影响较大。本文通过选取不同变质程度煤岩进行等温吸附实验,结合吸附热和吸附势理论获取煤岩的热动力变化规律,并建立相应的等温吸附曲线预测模型。本文对8组不同变质程度煤样进行基础物性分析,镜质体反射率R_o,m值处于0.48-2.59%之间。由低温液氮吸附回线形态可知低阶煤主要包含开放性孔,中阶煤以一端封闭的不透气孔为主,高阶煤以细瓶颈型孔和狭缝孔为主。通过傅里叶红外光谱测试得到随着煤阶的升高,脂肪链长度先增加后缩小,脂肪类小分子和含氧官能团不断脱落,芳香环缩聚程度增加。基于微孔填充(D-A和D-R模型)、Freundlich吸附和Langmuir单层吸附理论,评价煤对甲烷的吸附过程。吸附模型关联度由高到低为:D-A模型>Langmuir模型>D-R模型>Freundlich模型,表明煤对甲烷的吸附不是单纯的单分子层吸附,更大量存在微孔填充现象或者多分子层吸附现象。随着煤变质程度增加,甲烷饱和吸附量呈现U型变化趋势,在R_o,m为1.4%左右达到最低值。对5组典型煤样进行298-318K不同温度下的等温吸附实验,甲烷饱和吸附量与温度呈负相关。基于吸附势理论,当甲烷吸附体积一定时,高煤阶煤的吸附势明显大于低、中阶煤,前者吸附位能级较高。吸附等势面(吸附势ε=0)与吸附剂表面之间的吸附量为极限吸附量。在焦煤阶段极限吸附量最小。根据吸附势理论计算饱和蒸气压方程中k的最优值(k=7.19),从而提高预测等温吸附曲线精度。根据吸附热理论,煤的等量吸附热与吸附量呈线性增加关系。不同变质程度煤样的极限吸附热在22.93-36.05kJ/mol之间浮动。煤的孔隙结构与煤表面特征官能团(包括含氧官能团、脂肪烃、芳香烃等)分布影响吸附热的变化。通过建立吸附热与吸附势预测吸附曲线模型,得到k取7.19时的吸附势预测模型相对误差值最低,为0.023-0.066。这些结果对揭示煤对甲烷的吸附机理具有积极作用。