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我国的煤层赋存条件复杂,尤其是开采到深部区域时,煤与瓦斯突出灾害事故发生的可能性会增大。近年来我国发生的典型突出事故案例表明,突出多发生在小规模的构造区域附近,其赋存的煤体多为松软破碎的构造煤。这种异于原生煤的构造煤体在物理和化学结构性质方面发生了根本性的改变,极大的提高了瓦斯的吸附和解吸能力。本文以煤力学、吸附科学、扩散动力学、表面物理化学和分子动力学等理论为指导,采用理论分析、实验室试验和分子模拟相结合的手段,构建了煤吸附甲烷模拟分析的三维大分子结构模型,提出了基于孔隙参数的孔隙结构复杂度的评价指数,并分析瓦斯解吸能力随孔隙结构复杂度的演化特性,揭示了构造作用对煤物理和化学结构的影响,明确了构造煤的瓦斯快速解吸在突出过程中的作用,主要结论如下:1)构造作用会改变煤的大分子结构性质进而影响煤的坚硬程度。基于微观谱学的分析化学手段分析了煤的脂肪结构、芳香结构和微晶结构参数等,结果表明构造煤的芳碳率增加3.5%～9.7%,脂肪碳含量降低11.3%～17.0%,芳环的缩合度最高增加1.57倍,说明构造作用会促进脂肪侧链脱落,提高非芳香化合物脱氢生成芳香化合物的能力,增加芳香碳含量和芳香环的缩聚程度。构造煤微晶结构中芳香层片面网间距减小,堆砌度增加,表明构造作用促进了芳香结构朝有序化发展以及芳构化和缩合化程度的增加。构造煤中减少的氧原子和氧桥以及缩短的侧链会减弱分子间的结合力和交联力,降低构造煤的强度。构造作用会促使部分脂肪结构通过芳构化作用形成小尺寸的芳环、部分小尺寸芳香环通过芳构化作用形成苯环和萘环等,以及萘环及2×2芳香环通过缩聚作用形成3×3芳香环,提高煤的芳构化和缩聚程度,影响煤的大分子结构。2)构造煤经复杂的地质构造作用后,孔裂隙形态和结构均发生了显著性改变。构造煤的表面粗糙不均匀,裂隙组合形态复杂且方向性更差;构造煤的介孔孔容和比表面积是原生煤的0.89～15.42倍和0.99～12.64倍,大孔孔容和比表面积是原生煤的1.19～4.69倍和1.07～6.05倍,微孔孔容和比表面积是原生煤的0.86～2.58倍和0.94～2.88倍,整体介于数倍到十几倍之间,表明构造作用会促进全尺度孔隙结构的发育;微孔中的孔隙以0.45～0.65 nm的孔为主,占微孔总孔容和总比表面积的52.6%和53.61%以上;粉化过程会促进孔隙结构的发育,但此过程中构造煤产生的次生孔隙量要小于原生煤,说明构造作用已经对煤的孔隙结构产生了较高程度的改变,构造煤以及小粒径煤样发育的孔隙结构使其具有更高的瓦斯吸附和流动能力。3)构造作用会改变煤的孔隙结构进而影响吸附特征。构造煤的极限瓦斯吸附量比原生煤增加7.6%～41.8%;随粒径的减小,构造煤和原生煤的最大极限瓦斯吸附量分别是最小值的1.03～1.21倍和1.11～1.37倍;微孔孔容和比表面积决定瓦斯的吸附能力,构造煤及小粒径煤样发育的微孔结构是其高吸附能力的主要原因。构造煤的空间分形维数、Hausdorff维数和奇异性指数（35）?低于原生煤,信息维数和关联维数普遍高于原生煤,表明构造煤呈现出简单的孔隙空间网络、密集而又均匀的孔径分布特征,因而表现出更高的极限瓦斯吸附量。4)探讨了构造作用前后煤吸附甲烷的分子模拟特征。构建的周期性边界条件下煤的三维大分子结构模型表明,经模拟得到构造煤的可测微孔孔容（0.03898cc/g）高于原生煤（0.03318 cc/g）,说明构造作用会促进部分不可测孔转变为可测孔;构造煤和原生煤的模拟极限瓦斯吸附量为10.81 m3/t和10.35 m3/t,分别占等温吸附实验中极限瓦斯吸附量的60.3%和70.5%;基于单层吸附和微孔填充形式计算的构造煤和原生煤的极限瓦斯吸附量为17.586 m3/t和15.828 m3/t,以微孔填充形式吸附的极限瓦斯吸附量占计算极限瓦斯吸附量的99%,佐证了微孔是煤中瓦斯吸附的主要空间,且瓦斯主要以微孔填充的形式赋存。5)构造作用过程中孔隙结构的演化对煤的瓦斯解吸能力具有显著的影响。相同粒径下构造煤的瓦斯解吸量高于原生煤,第一分钟瓦斯解吸平均速度是原生煤的1.43～8.83倍;煤样的初始扩散系数在10-13～10-11 m2/s量级,初始有效扩散系数在10-6～10-4 s-1量级,构造煤的结果是原生煤的数倍到几十倍之间;经构造作用后,构造煤孔隙结构复杂度评价指数的平均值比原生煤降低50.3%～67.6%,构造和粉化作用会促使孔隙结构的简单化,有利于煤中瓦斯的流动,提高了瓦斯解吸能力。相同尺度下构造煤的基质尺度小于原生煤,基质内孔隙通道路径的降低和孔形的演化是引起构造煤瓦斯吸附平衡速度加快和瓦斯解吸能力高于原生煤的主要原因。6)构造煤对突出发生过程具有重要的推动作用,一方面在初始解吸阶段,大量瓦斯会更容易的由颗粒内部向表面运移;另一方面,构造煤瓦斯快速解吸提供的瓦斯膨胀能是原生煤的数倍,输运破碎煤岩的能力更强。根据中梁山突出试验案例,得到常规粒径煤的瓦斯解吸速度为0.003087～0.061241 m L/（g·s）,约为输运煤体需要解吸速度的十分之一到二分之一之间;经由瓦斯解吸速度与粒径的关系,得出部分颗粒需要破碎至0.116-0.406 mm左右的粒径亦或是更粉化颗粒才能对突出煤体进行有效输运。该论文有图101副,表58个,参考文献210篇。