煤矸石山自然发火灾害严重影响着生态环境与安全生产等活动。由于煤矸石山内部煤岩堆积状况及外部环境不同,导致煤矸石自燃的区域分布及自燃灾害发展规律与煤矿井下采空区的遗煤自燃各不相同,煤矸石山自燃治理需要深入研究。以潘西煤矿开采形成的煤矸石山及其自燃灾害治理为背景,通过对潘西煤矿煤矸石山自燃现状的调查与研究,利用理论分析和实验研究相结合的方法分析不同氧浓度对煤矸石山自燃氧化的影响,从宏微观角度分析氧浓度对煤矸石自燃氧化过程气体产物的演化规律、自由基参数和官能团结构变化的影响,揭示煤矸石山自燃氧化发生发展的演变规律。主要研究内容和结论如下:利用低温氧化升温模拟试验系统对3煤层和19煤层两种煤矸石在不同氧气浓度下的自燃氧化过程中的气体消耗与气体产物的发生发展规律以及交叉点温度进行分析。实验研究表明:随着氧气浓度的增加,煤矸石的耗氧量和耗氧速率呈现增大的趋势,各类氧化产物的生成量与生成速率随氧气浓度的增加而增加。煤矸石的交叉点温度受到氧气浓度的影响为:5%氧气浓度及以下所测温度范围未有交叉点温度出现;在氧气浓度为21%的交叉点温度低于10%～21%之间的氧气浓度条件的交叉点温度;充足的氧气供应会使得煤矸石更易自燃,而将氧气浓度控制在5%及以下可以有效减少煤矸石自燃的发生。利用原位电子顺磁共振波谱仪（EPR）研究不同氧气氛围对3煤层和19煤层两种煤矸石氧化升温过程中自由基特性及演变规律。结果表明:煤矸石的线宽随温度的升高呈现出先缓慢下降后快速下降的趋势,但不同氧浓度下煤矸石发生快速下降的温度随氧气浓度的增加而减小。g因子值随温度的升高呈现出先缓慢波动后快速上升的趋势,在g因子值增长阶段随着氧气浓度的增大,g因子值也越大;即煤矸石中产生的自由基种类越多,反应越剧烈,其开始增长的临界温度整体上也会随着氧气浓度的增加而减小。煤矸石中自由基浓度在氧化升温过程中,整体上表现为不断增加的趋势;氧气浓度越高,相同温度下的煤矸石中的自由基浓度越高,特别在快速增长阶段（150～250℃）这一规律表现明显。氧浓度降低会抑制煤矸石中自由基的产生与消耗,降低煤矸石的反应活性,抑制煤矸石的自燃氧化反应进程,为通过减少矸石山内部氧气浓度的防治手段提供重要依据。采用傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）研究不同氧气浓度对3煤层和19煤层两种煤矸石在氧化升温过程中主要官能团变化的影响。脂肪烃基相对含量总量随着氧化温度的升高呈现下降趋势,是主要的反应基团;氧气浓度越大,脂肪烃基相对含量越小。氧化升温过程中-OH相对含量呈现下降趋势,是主要的反应基团,而-C-O-和-C=O相对含量呈现上升趋势,是主要的生成基团;在同一温度条件下,-OH的相对含量随氧气浓度的增加而减小,-C-O-和-C=O的相对含量随氧气浓度的增加而增加。氧气浓度降低会抑制煤矸石中脂肪烃基和-OH的消耗以及-C=O和-C-O-的生成,降低煤矸石活性结构的变化,从而影响煤矸石的氧化活性。煤矸石的自燃不仅受到其内部煤岩堆积状况的影响,还受到煤矸石自燃氧化过程中的氧气浓度分布的影响。在10%及以上氧气浓度区域的煤矸石较易发生自燃,而在5%及以下氧气浓度条件下煤矸石难以发生自燃,受到矸石山内部蓄热影响,氧浓度处于10%以上的某一深度处同时具备持续供氧与良好蓄热两个条件时热量积聚才能形成自燃火源,受到矸石山内部氧气浓度分布差异的影响,自燃火源的扩散逐步向矸石山外侧区域移动。该论文有图53幅,表17个,参考文献105篇。