为研究煤与瓦斯突出过程中超量瓦斯的来源,揭示煤与瓦斯突出过程中气体的生成路径及机理,采用实验研究、分子建模与理论分析相结合的手段,测试获得5种煤分子结构的基础信息,构建5个矿区的煤分子结构模型,分析煤分子结构的静态物理性质,确定气体生成的化学反应路径,解释超量瓦斯这一特殊现象。通过元素分析实验得到了煤分子结构中C、H、O、N、S的百分比含量及原子比。根据FTIR谱图的波峰与含C、O、N、S官能团的一一对应关系,定性地分析了 5种煤分子结构含有的官能团种类。根据13C-NMR谱图分峰拟合结果,定量计算了表征煤分子结构的12个基本参数。计算煤分子结构中的芳香结构、脂肪碳结构信息,分析含氧官能团和N、S的存在形式。借助Materials Studio软件构建煤的初始结构,基于Dreiding力场对煤分子中的原子分配电荷,并进行结构、能量优化,得到煤分子结构的最低能量构象。对比计算和实验的13C-NMR谱图,调整煤分子结构中官能团的位置和数量,使计算和实验的13C-NMR谱图吻合,最后获得5种煤分子结构模型。基于量子力学和密度泛函理论,采用Dmol3和Castep模块计算并分析了煤分子结构的静态物理特性。煤分子结构中O、N、S的s和p轨道电子容易发生电子的跃迁,产生新的化学键。含氧官能团的电子密度大,容易发生化学键的断裂。含氧官能团、脂肪侧链中的甲基碳、乙基碳为活性位点。煤分子结构内部存在HOMO和LUMO,易发生电子转移。C-N键长短,键级大,稳定性最高,酚羟基比醚氧基稳定,C-S的键长长,键级低,最易发生断裂。桥接C-C和乙基碳中的C-C易断裂。C-C比C=C活性高,-CH3电负性强,易发生夺氢反应,吡咯比吡啶活性高,氧电荷数均为负数。采用Dmo13计算了小分子有机化合物的在化学反应中的过渡态,H原子与苯环侧链有成键趋势。根据键解离能的数值确定了煤分子结构中官能团的断裂顺序:醚氧→羰基→羟基→芳香侧链的甲基→次甲基→苯环直接相连的甲基→芳香烃。提出了气体生成的化学反应路径,揭示了煤与瓦斯突出过程中气体生成机理。本论文丰富了超量瓦斯方面的理论研究,对认识煤与瓦斯突出过程中超量瓦斯的来源有着重要的意义。该论文有图74幅,表48个,参考文献228篇。