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煤中孔隙的研究对于煤层气的勘探至关重要,因为孔为吸附相甲烷提供了表面积,为游离气提供了体积。其中微纳米孔是主要的吸附孔,微孔机制为主要的吸附机制,尤其是超微孔（<1 nm）,然而由于孔隙结构和孔隙形态的异质性使得仅使用实验方法难以解释甲烷的吸附机理,而且这些超微孔（<1 nm）属于分子间孔,因此引入分子模拟技术方法研究甲烷与煤大分子结构的相互作用,对煤层气的勘探开发尤为关键。本文以屯兰2号煤为研究对象,运用校正后的固态13C CP/MAS/TOSS核磁共振波谱(13C-NMR),傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）,X射线光电子能谱（XPS）结合元素分析构建屯兰2号煤大分子结构模型。通过上述方法得到的分子模型的分子式为C158H110O8N2S,分子量为2196.63,芳环以萘为主,辅以苯,蒽和菲,脂肪结构以脂肪侧链、环烷烃和氢化芳环的形式存在,氧原子主要以醚氧（C-O）的形式存在于煤中,氮原子主要以吡啶和吡咯的形式存在,硫原子以噻吩硫的形式存在。所构建模型的芳香性与校正后的13C-NMR（0.81）和FTIR（0.80）所确定的芳香性基本一致。为了进一步校验分子模型的准确性,我们对其结构模型进行了量子化学计算,得出模型各种化学键的裂解次序与实验TG/MS所获得的研究结果相当吻合;通过添加周期性边界条件,将得到的模型的平均密度（1.32 g/cm3）与实验所测的真实相对密度（1.34-1.39 g/cm3）进行比较,由于模型未考虑矿物或小分子的存在导致计算结果略小。基于巨正则系统蒙特卡洛模拟（Grand Canonical Monte Carlo即GCMC）方法,进行甲烷在煤中的等温吸附和饱和吸附的模拟,得出模拟的等温吸附曲线与Ⅰ型等温吸附曲线相似,一般认为,也是单分子层吸附理论的特征曲线,经过计算甲烷的吸附模型与Langmuir吸附模型的拟合度较高;屯兰2号煤大分子模型中甲烷的饱和吸附量分子数为5。利用分子探针对煤大分子模型进行孔隙结构的分析,得到该分子模型的最大孔径为1.3 nm,总孔隙率为18.74%,利用氦气和氮气探针所测孔隙率分别为13.03%和9.27%,总的比表面积为1834.29 m2/g。通过结合探针分子在煤大分子模型中的分布图与甲烷在煤中的吸附位,可以推测出甲烷吸附在煤中的最小容纳孔为0.48 nm;甲烷在煤中的优势吸附位与超微孔隙的孔径大小不存在明确的关系。