煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性。以山西沁水、大同等盆地4块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率R_o=0.91%,古交山西组2号煤、R_o=1.34%,古交太原组8号煤、R_o=1.70%,翼城山西组2号煤、R_o=1.77%)为研究对象,基于原子力显微镜实验,利用图像分割法与Derjaguin-Muller-Toporov力学模型建立微观孔隙结构与力学性质联合表征技术,明确煤样的微观孔隙结构与力学性质,揭示了物质组成、孔隙结构及热演化程度对微观力学性质的影响。结果表明,煤样的面孔率主要分布于2.72%~4.60%,平均3.58%;总孔表面积为(3.413~5.638)×10^-2μm²/μm²,总孔容为(0.5~3.9)×10^-4μm³/μm²,孔径主要分布于10~100 nm,杨氏模量分布于2.24~3.10 GPa,平均2.77 GPa。煤的力学性质受到物质组成、孔隙结构与热演化程度的共同作用,随着水分的减少、挥发分与矿物含量的增加,杨氏模量呈现增大趋势;表面粗糙度、平均孔径、面孔率、比表面积及总孔容增大,杨氏模量表现出减小趋势;随着热演化程度增加,杨氏模量减小。基于原子力显微镜可同步揭示煤岩微观孔隙结构与力学性质,为煤储层储集性与力学研究提供新方法与新思路,对于非常规储层储集性评价及可压性研究具有重要意义。