研究生物气产出前后煤样孔隙结构及化学结构的变化,进而深入研究煤层生物气产出过程中微生物对煤中有机质的降解作用,对丰富煤层生物气产出机理、实现中低煤阶煤的煤层气开发技术的突破具有重要的理论和实际意义。本文以采自淮南煤田的气肥煤样品作为研究对象,在了解淮南煤田地质概况的基础上,对煤样进行基础煤质分析,利用压汞实验、电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶转换红外光谱技术(FTIR)等现代测试技术方法,获得煤样在孔隙结构和化学结构方面的信息,然后利用煤样在实验条件下开展煤层生物气生成模拟实验,分析生物气产出结果,并对产气前后煤样孔隙结构和化学结构进行对比分析。研究主要获得以下成果:(1)相比于更高煤级的煤,淮南煤矿煤成熟度较小,具有较大的孔容和比表面积,芳香度和芳环缩合程度较小,脂肪烃含量较多,脂肪链长程度和支链化程度较高,生烃潜力较大。(2)产甲烷菌群可以利用淮南煤中的有机质产气,且随着R_o的升高净生气累计量表现出下降的趋势。生物气净生气累计量整体上可划分为快速累计阶段(0~40d)和平稳增长阶段(40~80d)。生物气的阶段产气量和产气速率变化过程也存在明显的阶段性特征,为稳定上升期-快速下降期-维持稳定三阶段,但是不同样品之间在时间上存在一定差异。CH₄和CO₂是生成气体的主要成分,不同样品的增长时期和峰值出现时间不同。总体上看,CO₂平均浓度都与CH₄浓度存在一定差距,判断在整个产气过程中生物CH₄应主要通过乙酸发酵方式生成。(3)与产气前相比,产气后四个煤样品比表面积和总孔容发生变化,表明微生物作用对煤层孔隙率有改造作用。其中比表面积减小明显,总孔隙体积增加,中、大孔对孔容的贡献率增加,微孔贡献率减小。产气后煤样的整体晶格结构保持稳定,但分子结构受到整体性破坏。产气过程中受生物代谢作用影响,煤样中芳香分子结构发生降解,煤的晶体化程度降低。煤中甲基和亚甲基含量较产气前有所减少,煤的芳香化程度变高,脂肪烃含量被消耗,脂肪链长度和支链化程度减小。