煤并不是一种均一的物质,识别乃至量化煤中非均质性,对于全面认识煤结构有着重要意义。对曹村2号煤的HRTEM图像分析发现,这种非均质性也体现煤中不同区域的晶格条纹呈现的较大差异上。据此,本文以曹村2号煤为研究对象,从分子尺度和聚集态尺度两个层次出发,对煤中分子进行全面解析,试图找寻煤结构不同层次之间的联系及差异,进而上升到煤非均质性机制的研究上。本文主要利用FTIR、Raman、XPS、¹³C-NMR等测试手段从分子尺度上对曹村2号煤样进行解析,然后利用ACD、GNMR等软件构建了曹村2号煤的大分子结构平面模型;并使用Material Studio模拟计算软件,经分子力学及分子动力学优化后,得到曹村2号煤的3维优化后的稳定结构模型。此外,运用XRD以及HRTEM等测试方法从聚集态尺度上对曹村2号煤中的微晶结构参数进行表征,包括芳香层片间距离d₀₀₂,芳香层片延展度La,堆砌高度Lc,堆砌层数N_ave等。在充分认识煤的不同尺度结构的基础上,对煤中的不同聚集态类型进行划分及定量表征,包括晶格条纹长度,取向以及曲率特征（条纹分段角度,累积角度及弯曲度）。此外,本文还对不同聚集态结构区域的孔隙进行了分析,并从煤分子角度即结合FTIR、Raman等参数探讨了煤聚集态形成机制。主要结论如下:1.利用FTIR、Raman、XPS、¹³C-NMR得到曹村2号煤的分子结构信息;（1）亚甲基的含量高于甲基,其CH₂与CH₃比值为1.55,表明煤中有较多较短的支链。拉曼参数ID1/IG比值为2,反映了煤中碳原子整体无序的排列情况。（2）煤中的碳主要由以芳香碳和脂肪碳两大部分构成,其中芳香碳占比为68.1%,脂肪碳占比为27.45%,羰基、羧基碳占比为4.45%,结构中芳香桥碳与周碳之比为0.201。（3）煤中杂原子主要由N、O组成。N主要以吡啶和吡咯的形式存在,在煤大分子结构中的个数比为l:1;O主要由醚、酚、羰基、羧基的形式存在,个数比为3:6:5:3。2.对曹村2号煤的分子结构解析,最终得到曹村2号煤的分子式为C₁₇₆H₁₃₂O₂₀N₂,分子量为2595。对模型进行3维空间优化,得到了能量最低的结构模型。由3维模型直观体现了曹村2号煤中脂肪碳原子分布较为杂乱,表现出无序的分布特征,而芳香碳原子分布较为有序,表现为堆垛的分布特征。3.从聚集态尺度出发:（1）利用XRD表征了煤的微晶结构参数,得到煤中芳香层片层间距d₀₀₂为0.355nm,芳香层片延展度La为1.109nm,对堆砌高度Lc为1.607nm,堆砌层数N_ave为4.53,较好的对比了HRTEM图像分析得到的结果。（2）对于曹村2号煤的晶格条纹,从长度来看,短条纹分布较多且分散,长条纹较少;中条纹比较集中,且有良好的有序度。晶格条纹长度在0.3-1.14nm（前3类）占条纹总数的90%左右,其中主要是以短的萘条纹为主;与曹村2号煤分子结构模型中的芳香结构部分一致。从取向来看,晶格条纹整体取向度不佳,部分区域有着良好的取向特征,表现在有序区域上;而在其他大部分区域的条纹取向杂乱。4.基于HRTEM图像处理技术,对曹村2号煤中不同聚集态纳米尺度条纹进行分类及定量表征:（1）将不同区域的纳米尺度条纹分成了3类,分别为取向一致的条纹区域、类似环状的条纹区域、取向杂乱的条纹区域。（2）三类区域中条纹长度有着较为一致的分布,主要以1x1、2x2、3x3类条纹为主。具有一致取向的条纹区域中,其单个晶格条纹表现出较大的弯曲,体现在分段角度较大,曲折度较大;对于类似环状的条纹区域,从取向上来看,玫瑰图表现出“十字型”分布的特点;而对于取向杂乱的条纹,却表现出单个条纹较好的线性度,体现在分段角度较小,曲折度较小。研究表明,短条纹是构成弯曲条纹的主要部分,其中可能有非六元环或是晶格缺陷的存在。（3）对不同区域的孔径分布进行了分析,3者均发育微孔,取向一致的条纹区域中发育微小孔,孔径集中于0.4-0.5nm,而在取向杂乱的条纹区域中孔径整体稍大。5.结合煤中不同区域晶格条纹特征、孔径分布,以及FTIR、Raman等分子结构参数探讨了煤中聚集态结构的形成机制:即是不同的芳香结构,脂肪结构及其他分子之间形成的大分子团,再加上分子团内部的缺陷,孔隙等相互作用的结果。