从煤的纳米级孔隙结构出发,深入认识煤与CH4、CO2、H2O和N2相互作用的微观机制,对煤层气的开采具有重要意义。本文以东曲2号煤为研究对象,引用其平面结构模型并进行修正,根据分析结果,进一步构建出聚集态结构模型。基于聚集态结构模型,研究超微孔孔隙结构,结合低温N2吸附、低温CO2吸附、小角X射线散射（SAXS）实验,分析东曲2号煤纳米孔隙结构特征。研究在不同温度、不同压力作用下,东曲2号煤聚集态结构模型与CH4、CO2、H2O、N2单组分,CH4/CO2、CH4/N2双组分气体之间的等温吸附特征。通过吸附位和气体赋存的孔隙环境,分析孔隙大小、孔隙边缘官能团对吸附的影响。主要结论如下:（1）东曲2号煤2.8-110 nm范围内的开放孔及封闭孔比表面积为22.32 m~2/g,各类孔隙中,中介孔（10-25 nm）含量最多,其次是粗介孔（25-50 nm）和细介孔（2.8-10 nm）,大孔含量最少。1.7-300 nm范围内的开放孔比表面积为0.76 m~2/g,孔体积为0.0027 cm~3/g。这部分孔主要为透气性较好的平行板形孔或尖劈形孔,孔径分布呈双峰,主峰值在9.31nm,次峰值在68.5 nm左右。0.4-2 nm范围内的微孔比表面积为118.04 m~2/g,孔体积为0.0230 cm~3/g。孔径分布呈双峰,0.5-0.65 nm的孔隙较发育,最可几孔径为0.58 nm。利用孔径等于He原子的分子探针进行扫描,得到超微孔比表面积为698.55 m~2/g,孔体积为0.0493 cm~3/g,孔隙率为6.22%。孔径集中在0.3-0.55 nm,呈双峰分布。按照孔形可将超微孔分为墨水瓶形孔和楔形孔两类。（2）对于单组份吸附,当压力相同时,温度越高,吸附量越小;温度一定时,当压力小于1 MPa,单组份CH4、CO2、H2O、N2的吸附量遵循CO2＞H2O＞CH4＞N2;当压力大于1 MPa,单组份CH4、CO2、H2O、N2的吸附量遵循H2O＞CO2＞CH4＞N2,产生这种现象的原因与吸附质的物理、化学性质有关。东曲2号煤对单组份CH4、CO2、H2O、N2的吸附均为物理吸附,随着温度升高,等量吸附热逐渐减小,说明高温不利于煤样对吸附质的吸附。对于二元组分CH4/CO2体系,在相同的温度、压力下,CO2的吸附量远高于CH4,说明在CH4/CO2的竞争吸附中,CO2占据绝对优势。对于二元组分CH4/N2体系,在相同的温度、压力下,CH4的吸附量稍高于N2,说明在CH4/N2的竞争吸附中,CH4稍占优势。（3）东曲2号煤对CH4、CO2、H2O和N2的主要吸附机制为微孔吸附。吸附的CH4分子广泛分布于煤的众多微孔中,且吸附孔的直径小于0.9 nm。吸附的CO2分子赋存在氧、氮官能团周围,以及由芳香烃所围成的一系列孔隙中,吸附位大多在孔径小于0.7nm的微孔中。东曲2号煤中吸附的H2O分子广泛分布于含氧官能团附近的多个微孔中,且孔径大多在0.9 nm以下。N2分子的吸附位集中在氧、氮官能团附近,以及长链芳香烃所围成的直径约0.55 nm的微孔中。对于4种吸附质来说,氧、氮官能团的吸附能力最强,其次是芳香缩合程度较大的芳香烃,缩合程度较小的芳香烃吸附能力稍弱。芳香烃的缩合程度、孔隙开放程度、孔隙周围氧、氮官能团情况决定了吸附能力的强弱。