煤的力学性质具有非均质性及多尺度效应,从纳米尺度认识煤力学性质及与其与结构之间的关系,是理解煤储层的压裂改造机制及裂纹扩展机理的关键。本文以不同煤级的12件煤样为研究对象,对煤纳米力学性质及其微观结构进行了研究。通过原子力显微镜（AFM）和纳米压痕（Nanoindentation）实验对不同煤级煤的力学性质进行表征,得到煤的力学参数。通过傅里叶红外（FT-IR）和显微拉曼（Micro-Raman）实验对不同煤级煤的结构进行表征,得到煤的结构参数。采用微区分析与原位分析（光热诱导红外实验,又称为原子力-红外联用技术,简称AFM-IR）的手段,得到力学性质与结构之间的关系。实验结果表明,不同煤级煤的力学性质之间存在明显差异,结构参数随最大镜质体反射率（Ro）的变化呈阶段性规律变化,且煤力学性质对结构有响应。主要结论如下:（1）由AFM实验可得,煤的弹性模量在0.66 GPa～7.58 GPa之间,黏附力在3.5 n N～50.7 n N之间,形变量在2.11 nm～5.60 nm之间。弹性模量大的区域形变量小、黏附力也小;而且随着Ro的增大,弹性模量呈增加趋势。由Nanoindentation实验可得,煤的弹性模量在5 GPa～7 GPa之间,随着Ro的增大,弹性模量增加,硬度增大。（2）随着煤样Ro的增大,拉曼结构参数:D峰向低波数移动、G峰向高波数移动、（G-D）峰位差及面积比AD/AG增大、G的半峰宽（FWHM-G）减小。（3）随着煤样Ro的增大,红外结构参数发生有规律变化。在Ro＜0.8%的阶段,主要发生含氧官能团的脱除和脂类物质的聚集,进而使煤芳香度增大、芳香环缩聚程度增加,但是此时芳香氢的含量变化却不明显;在Ro为0.8%～1.3%阶段,脂类物质加速聚集、支链化程度增加。在Ro为1.3%～2.0%阶段,主要是脂肪类物质不断地断开脱落、直到消失,进而形成更新更大的芳香结构体系。（4）煤结构对其纳米力学性能有控制作用。由微区分析可知,煤中的烷基侧链、含氧官能团及小分子化合物的减少,芳烃相对丰度的增加,芳香结构的增多,都会导致煤弹性模量的增加。由原位分析可知,平均接触共振频率与样品的刚度呈现出正相关性,而刚度与样品的化学组成相关,随着芳香度的增加,刚度也随之增加。总之,有序度更高的芳构碳及芳香层的叠置和集聚,是导致弹性模量增大的主要原因,表明煤的演化经历了芳构化、芳环缩合过程,煤结构趋于紧密影响了力学性质。