开发利用煤系气能有效缓解能源供需矛盾、保障煤系地层施工安全、改善环境。现阶段我国对煤系气的开发利用水平较低,而且对煤系岩石中的甲烷气重视度不够,在矿井瓦斯治理领域也普遍忽视煤层围岩中的含气量,由此导致某些矿井发生过岩石瓦斯动力灾害,还有煤系地层隧道施工中瓦斯伤人的事故记录。因此,重视煤系岩石中甲烷含气量已势在必行。随着煤层采深逐年下探,煤岩体系甲烷含量也在逐渐增大,利用前景十分广阔,如何有效预测煤及围岩中含气量,实现“安全-高效-清洁”的能源利用目标,是相关科研工作者的重要导向。研究煤岩对甲烷的吸附特性是预测煤岩体系含气量的前提,而煤岩对甲烷的吸附特性取决于其微观组分和孔隙结构,阐明此影响规律能为今后在瓦斯治理和煤系气开采领域合理评估煤系地层中甲烷含量提供理论支撑。华晋焦煤集团沙曲一矿煤层具有低渗透、强吸附等特点,围岩多为复合岩层且有一定吸附性,煤岩体系中瓦斯含量较高且治理难度大。针对这一问题,本文取该矿井的3+4#煤及其顶底板、5#煤及其顶底板进行研究,借助工业分析、XRD分析和SEM-EDS分析讨论了六组样品的微观组分,借助扫描电镜、低温氮吸附和CT扫描研究了各样品的孔隙特征,采用高压容量法研究各样品的甲烷吸附规律,开展了煤岩体的微观组分、孔隙特征影响吸附特性的深层研究,揭示了煤层和围岩的甲烷吸附特性差异。研究成果概括如下:(1)3+4#煤、5#煤有机组分含量分别为79.07%、84.18%,而四组岩样的无机组分含量均大于90%,因此煤样对CH₄分子的亲和力要大于岩样。各样品的无机组分均以石英和黏土矿物为主。(2)岩样的BET比表面积和吸附孔体积均大于煤样,能为吸附甲烷创造有利条件。此外,岩样的孔隙表面粗糙度、孔结构复杂度略大于煤样,原因和黏土矿物含量高有关。(3)各样品中部分大孔、裂隙级孔隙的孔径分布和配位数分布特征类似,均呈单峰分布;各样品的平均孔喉比、平均迂曲度差异较小;3+4#煤的三维形状因子大于其余五组样品,存在较多裂隙结构;煤、岩的绝对渗透率也相差较小。综合比较各样品中大孔、裂隙级孔隙的连通程度无明显差异。(4)各样品的甲烷等温吸附曲线均符合朗格缪尔模型,可用极限吸附量V_L和朗格缪尔压力P_L描述吸附规律。相同吸附温度下,5#煤吸附量最大,3+4#煤略小,远大于其余岩样。随吸附环境温度升高,各样品的吸附曲线出现小幅下降,对吸附量大小次序的影响较小。(5)通过线性分析法逐一研究微观组分和孔隙结构各参数对V_L、P_L的影响规律,发现有机组分含量、黏土矿物含量、表面分形维数、比表面积和吸附孔体积对甲烷吸附过程影响显著,和灰色关联分析结果一致。基于多元线性回归分析得到了五种因素对甲烷吸附规律的影响关系,即V_L=1.03×有机组分含量-0.30×黏土矿物含量+0.27×分形维数D1+2.00×比表面积-1.85×吸附孔体积;P_L=-0.89×有机组分含量+2.92×黏土矿物含量+1.15×分形维数D1+21.32×比表面积-25.62×吸附孔体积。