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本文运用煤田地质学、煤化学、物理化学、界面化学和量子化学的理论和方法，研究总结了煤对CH4、CO2、N2气体的吸附特征、变化规律及其影响因素;采用量子化学从头计算方法，较系统地计算分析了煤大分子与H2O、CH4、CO2、N2分子之间吸附构型、吸附能与吸附距离;研究对比了煤吸附特征变化规律与煤表面大分子和气体分子之间相互作用的关系，揭示了煤吸附气体的机理;针对传统的Langmuir吸附模型描述特低级煤和特高级煤吸附特征存在的问题，研究提出了适合于描述全部煤级煤吸附气体特征的新的吸附模型。主要研究结果如下:煤对H2O、CO2、CH4、N2分子的吸附能由小到大的顺序是H2O＜CO2＜CH4＜N2，表明煤对这些分子的吸附作用大小为H2O＞CO2＞CH4＞N2，相应的吸附构型分别是正弓型、平行型、正三角锥型、平行型;随煤基大分子结构中芳香环数的增加，煤对气体的吸附能降低，吸附作用力增强;煤对CO2、CH4、N2分子的吸附能都很小，表明其吸附属于物理吸附;煤对气体的吸附特征及其变化规律，即平衡水分条件下煤对不同单组分气体吸附量大小顺序表现为CO2＞CH4＞N2、随煤级增加煤对气体的吸附量增大等，其本质是受煤表面大分子与气体分子之间相互作用的吸附能大小控制，吸附能越低，吸附作用越强，吸附量亦越大;依据煤的吸附特征和量子化学计算结果，提出了简化的DeBore吸附模型，该模型能很好地描述包括特低级和特高级在内的全部煤级范围煤吸附气体的特征，比Langmuir吸附模型功能更强，适用范围更宽。论文研究成果，进一步丰富完善了煤对气体的吸附理论，对煤层气的富集成藏机理研究以及资源评价、煤层气勘探开发、瓦斯灾害防治、注二氧化碳/氮气强化增产及二氧化碳封存掩埋等工作都有一定的支撑和指导作用，具有良好的应用前景。