工作面采空区遗煤自燃是煤炭资源安全开采所长期面临的主要灾害之一,不同变质程度煤氧化过程的理化特性演变规律区别显著,其中物理孔隙结构、表面形貌与化学活性基团反应特性存有较大的差异性。但在阻化煤自燃氧化的研究领域中,缺乏对不同变质程度煤在氧化过程中理化特性演变差异的系统研究,形成一种全过程阻化煤氧化的机制。尤其是缺乏不同变质程度煤氧化过程中孔隙结构与表面形貌特征演变差异的定量描述,以及活性基团演化差异引起煤自燃倾向性和氧化能力不同的作用影响。采用比表面与孔径分析仪测得褐煤的平均孔径、BJH孔径和BET比表面积随着温度升高变化显著,烟煤和无烟煤变化幅度次之。原子力显微镜获取煤表面平均粗糙度Ra和均方根值Rq均呈现随温度上升而增加的趋势,煤表面形貌的微小化演变差异显著。基于FHH模型和AFM功率谱分形模型对煤氧化过程中孔隙结构和表面形貌进行定量表征,随着温度的升高分形维数DFHH与Dpsd都呈现出增加的趋势,表明低温氧化使煤表面复杂的微孔隙增多。其中褐煤的分形维数DFHH与温度的拟合直线斜率以及Dpsd增长速率均高于烟煤和无烟煤,煤氧化进程持续改变着煤的孔隙结构和表面形貌,加剧了发生自然发火的危险性。结合煤氧化过程中平均孔径、BJH孔容、BET比表面积以及表面粗糙度,定性定量表征孔隙结构与表面形貌的差异特征,为以覆盖煤表面降低孔隙形貌发育程度的阻化材料研发提供依据。采用X射线光电能谱仪与原位电子顺磁共振波谱仪,开展了煤氧化过程中表面官能团与自由基的研究。结果表明褐煤表面C元素相对含量下降幅度、O元素提升趋势显著高于烟煤与无烟煤,及其表面C-C/C-H键相对含量在氧化过程中下降趋势与C-O单键、羰基C=O和羧基-COOH的增加趋势,显著区别于烟煤与无烟煤。煤的EPR图谱线型具有较高的温度依赖性,褐煤的线宽整体随温度呈上升的态势而烟煤无烟煤则相反;低变质煤氧化过程含有较高的g因子值,易形成较多的活性自由基位点;自由基浓度随温度升高呈上升趋势,其中高变质程度煤的增加量最为显著。煤低温分解过程中自由基演变规律显示EPR图谱线宽ΔH、g因子与自由基浓度与氧化过程具有一定的差异性,其中低温分解过程的g因子整体低于氧化过程,而自由基浓度整体较高且随温度升高的增加量显著。此差异表明低温分解过程中自由基的种类与复杂度均低于常态并积聚了高浓度的自由基。基于不同变质程度煤氧化过程中自由基浓度演变差异规律与其自燃倾向性的不同,提出以稳定自由基浓度相对增长率R为指标判定其氧化能力。基于不同变质程度煤低温氧化过程中物理和化学特性的演变差异规律,研发既可抑制煤表面结构形貌扩展、又可降低活性基团反应的物化协效阻化材料防治煤自燃氧化。其中高吸水性的树脂和水凝胶构成协效阻化的物理阻化部分,以抗坏血酸为主和超氧化物歧化酶为辅所组成的协同抗氧化剂Vc-SOD构成化学阻化部分;并以绿色环保的海藻酸钠作为基体,与聚丙烯酰胺、CaCl2发生交联反应,形成复合水凝胶SA-PAM。以此作为壁材优化配比的物化协效阻化剂为芯材,制备物化协效缓控阻化微球。基于阻化煤氧化过程中各种气体生成量与氧化温度、特征温度点、各氧化阶段活化能及放热量的相互关系。CaCl2的阻化作用可以持续到吸氧增重的初期,而物化协效阻化效果的蒸发吸热与覆盖隔氧的物理阻化和中断活性基团链式反应的化学阻化,可以实现低温氧化全过程阻化的目的。在褐煤氧化初期,CaCl2的阻化效果使甲基-CH3和羟基-OH维持在较高含量,而在烟煤和无烟煤氧化到100℃之前CaCl2阻化煤中甲基-CH3和羟基-OH含量与原煤的相当,但随后均急剧下降而失去阻化作用。物化协效阻化煤氧化过程中甲基-CH3和羟基-OH的含量显著下降,温度升高迫使壁材破裂释放出高效抗氧化剂（Vc-SOD）捕捉氧化生成的酯氧自由基（ROO·）形成稳定醚键结构,以及清除原生羟基-OH并中断由脂肪烃生成次生羟基-OH的氧化链式反应。CaCl2覆盖煤表面在一定程度上抑制羰基C=O含量的增加,而物化协效阻化机制作用下羰基C=O含量显著下降。物化协效阻化作用显著降低褐煤g因子值,使得煤中自由基的种类与复杂度均低于CaCl2阻化与原煤。物化协效阻化机制具有优异的物理化学双效阻化效果,从而实现全过程阻化煤低温氧化的目的。对防治不同变质程度煤发生自燃事故具有重要意义。该论文有图82幅,表27个,参考文献213篇。