煤炭是一种重要的能源,围绕煤炭资源展开的煤化学研究已经有150多年历史。21世纪以来,石油天然气面临枯竭危机,煤层气成为重要的油气接替资源,由于煤结构特征及其演化规律是煤化学和煤层气成烃成藏研究的核心和基础,因此,煤的结构特征研究成为煤化学研究的热点,充分认识它们的结构特征和演化机制,不仅可以完善煤化学基础理论,而且对煤层气的勘探开发也具有重要意义。本文在总结了国内外大量相关资料的基础上,以不同煤阶的煤为研究对象,采用扫描电子显微镜、场发射扫描电镜、小角X射线散射、X射线衍射和高分辨率透射电镜技术,研究了煤纳米孔隙的形态、分布特征和大分子堆垛结构特征及其随煤级变化的规律,取得了以下主要成果：1.煤的孔隙形态十分复杂,主要以圆形和椭圆形为主,次为三角形、长条形和不规则形等。总体而言,在低成熟度阶段,样品中孔隙以原生孔隙为主,孔径往往是μm级别的。随热演化程度的增高,纳米级孔隙越来越发育。2.总体上煤中的纳米级孔隙以大孔(>50nm)为主,大孔的体积百分比可占所有纳米级孔隙的60%左右,其次是粗介孔、中介孔和细介孔。随着煤级升高,中介孔和细介孔体积百分比不断增大,与成熟度分别呈对数和线性关系。体积百分比最大的孔隙孔径变化也十分明显,在低煤化烟煤阶段时随煤化程度增高略有下降,中高煤化烟煤阶段时,随煤化程度的增高其体积百分比最大的孔隙孔径呈较明显的下降趋势,到无烟煤阶段时,其孔径则快速下降。3.煤晶核参数(d002、La和Lc)随着煤级升高发生相应变化：随着煤变质程度的增高,煤芳香环缩合程度增大,桥键、侧链和含氧官能团减少,La、Lc增大而d002香层排列从杂乱无章到相互平行发展,最终形成同心状排列,且出现洋葱状结构。通过以上三方面研究,探讨并且构建了煤的纳米结构演化模式。