煤炭自然发火是矿井的主要灾害之一。系统地分析煤自燃的特性,研究自燃过程中煤分子结构与宏观生成产物之间的对应关系,有利于了解煤自然发火的发生发展过程,探求煤自然发火的机理,为防灭火工作提供理论指导。本文利用理论分析与实验研究相结合的方法,把煤自燃过程中的宏观表征—气体释放特征与微观特性—煤分子表面官能团的演化规律相结合,探究了二者之间的内在联系。首先,通过分析煤自燃的微观机理,确定了煤分子中容易被氧气攻击的活性结构,并对煤自燃过程中主要气体产物的来源进行了推断。在此基础上,运用程序升温实验系统,研究了煤样30℃～300℃之间的氧化过程,得到了主要气体产物CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6浓度随温度的变化规律。并优选与煤温关联性较好的CO气体作为指标气体,运用指标气体增长率分析法计算了煤样的特征温度点。实验结果表明,碳氧类气体浓度在临界温度后开始急剧增长,碳氢类气体浓度在干裂温度后增长较快。之后,利用傅里叶红外光谱实验系统,对7组不同氧化温度处理后的煤样进行了测试。并对实验获取的红外光谱图进行分峰拟合,参照煤的主要吸收峰归属特征,以吸光度为指标,定量分析了煤分子结构中17种主要官能团含量随温度的变化规律。分析结果表明,随着氧化温度的升高,煤样中羟基、脂肪烃各官能团的含量不断减少,含氧官能团持续增加,芳香烃呈现先增加后减小的趋势。最后,运用SPSS软件对煤自燃过程中宏观层面的气体释放特征与微观层面的官能团演化规律进行了相关性分析,发现脂肪烃和含氧官能团对主要气体产物的相关性较好。在此基础上,分析了煤分子表面官能团与主要气体产物的内在联系,提出碳氧类气体的产生主要归因于煤分子中亚甲基桥键等活性结构的氧化分解,碳氢类气体主要来源于烷基侧链的氧化断裂。