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煤体的热侵过程也称为低温热解过程。煤体的热侵现象广泛存在于煤火传播、岩浆侵蚀、火区密闭及低阶煤烘焙干燥等过程中,发生热侵后的煤体在经历长时间的低温热解状态后被发现自燃危险性明显增强,热侵煤体的煤自然发火问题越来越得到重视。现有的相关研究主要从孔隙和水分等物理结构变化对这一现象进行解释,然而煤在热的作用下不仅会导致物理结构的变化,同时还会引起煤中键能较小的含氧官能团的受热分解并伴随活性位点的产生,这一分解过程对热侵煤体氧化特性的影响还鲜有谈及。基于此,本文以热侵煤体为研究对象,分别研究了煤样的受热分解过程以及受热分解后煤样的氧化过程,开展了热侵煤体活性位点产生和氧化过程的系统研究,以期揭示热侵煤体的煤自燃过程和氧化反应机理并针对性的提出热侵煤体的高效抑制方法。采用现代分析测试手段与经典程序升温实验相结合的方式系统研究了热侵前后煤样的物化结构和自燃特性变化。研究表明,煤样热侵的过程不仅会造成煤中大孔的坍塌破坏从而导致煤体的孔体积和比表面积的明显降低,同时还会导致羧基和羰基等含氧官能团结构的受热分解。煤样的低温热解对低温氧化过程具有重要的影响,含氧官能团受热分解产生活性位点的氧化是导致煤样低温氧化过程中气体产物生成量高于其低温热解过程以及热侵后煤体自燃危险性明显高于原煤的主要原因。通过煤样热解后的恒温氧化实验分析了热侵煤体活性位点的氧化特性。研究表明,煤中含氧官能团受热分解产生的活性位点能够在惰性气体条件下稳定存在并积累,一旦与氧气接触,即使在常温条件下也能发生氧化反应放出热量的同时产生大量的CO和CO2等气体产物,这一反应过程同时直观证明了活性位点的存在。此外,原始煤样中同样存在少量原生活性位点,热侵煤体活性位点的氧化过程应包含原生活性位点和次生活性位点的氧化。在此基础上提出了活性位点的常温氧化观点,认为活性位点的常温氧化是导致热侵煤体自热甚至不可控自燃的初始热量来源。鉴于活性位点的重要性,通过煤样的恒温热解实验分析了热侵煤体活性位点的产生规律和产生动力学特性。开展了不同因素条件下煤样的低温热解实验研究,通过热解过程中气体产物的生成规律推导了含氧官能团受热分解过程中活性位点的产生规律。将多因素条件下煤样受热分解过程与热解后恒温氧化过程气体的产生规律进行对比,得到两个反应过程中CO和CO2的产生规律具有明显的一致性,均符合复合指数型衰减规律。根据热解过程气体产生规律,采用等转化率的方法进行两种气体产物生成动力学参数的求解;基于TGA热分析技术,采用Coats-Redfern法得到了煤样低温热解的表观动力学参数,四组煤样的热分解表观活化能分别为39.33 k J/mol、45.79 k J/mol、70.60 k J/mol和126.65 k J/mol。气体产生规律及气体产生动力学结果表明羧基官能团的受热分解产生CO2的过程在活性位点的产生过程中占据主导地位。由于羧基官能团的受热分解过程对活性位点产生的重要影响,进一步开展了不同羧基官能团形态对这一过程的影响研究。利用离子交换法向煤中引入碱金属元素,将煤中羧基官能团转化为羧酸碱金属结构,实验研究了煤中羧酸结构和羧酸碱金属结构对活性位点产生的影响。结果表明,相比于羧酸结构,煤中羧酸碱金属结构受热分解的活化能更低,在受热分解过程中能够明显促进活性位点的大量产生,从而导致煤样在常温氧化过程中的强烈氧化放热。其中,变质程度较低的碱处理煤样（40 g乌兰煤样）热解后常温环境下能够在12 min内自发升温14 oC。因此,煤中羧酸碱金属盐结构的存在明显增加了热侵煤体的自燃危险性,酸洗的方式可以将煤中的羧酸盐结构转变为羧酸从而抑制煤样活性位点的产生和煤的氧化过程。为进一步揭示活性位点的本质及热侵煤体煤自燃机理,利用原位红外光谱分析仪及原位电子顺磁共振仪分析了煤样在升温热解及氧化过程中官能团和自由基的演化规律。研究表明,伴随含氧官能团的受热分解产生的活性位点为烷基自由基,烷基自由基在一定条件下又可以被氧化而转化为含氧官能团,因此建立了煤样低温氧化过程中含氧官能团和自由基活性位点之间的转化关系。受限于煤中烷基结构的稳定性,烷基结构无法在低温条件下通过直接氧化产生含氧官能团,需首先经历失氢活化转化为烷基自由基的过程。利用量子化学的手段对自由基的氧化过程进行分析,得到了烷基自由基的氧化过程为0级无势垒反应,活性自由基自发的氧化和热释放特性在宏观上体现为煤的常温氧化现象。在此基础上,进行了活性位点常温氧化的机理分析,并从宏观和微观两个层面阐明了热侵煤体的煤自燃机理。基于热侵煤体煤自燃机理,分析了活性位点的抑制途径,提出了从减少活性位点的产生和降低已产生的活性位点浓度两个方向对热侵煤体煤自燃过程进行阻化。根据活性位点的常温氧化特性针对性的确立了热侵煤体活性位点抑制效果的评价方法和主要定量评价参考指标,并直观比较了所选择的四种活性位点抑制剂的阻化效果:酸性阻化剂HCl>金属螯合剂CA>碳中心自由基捕捉剂HP-136>含氧自由基抑制剂IR1010。结果表明,抑制活性位点产生比减少已产生的活性位点的阻化效果更为显著。本论文有图91幅,表34个,参考文献205篇