我国高硫、高灰和褐煤等低品质煤碳资源储量巨大,实现这些储量丰富的煤炭资源的安全有效利用具有重要的意义。煤粉爆炸能量巨大,充分利用煤粉爆炸能量,将可以有效实现煤炭的清洁高效利用,研究煤粉爆炸特征和微观爆炸机理可以为爆炸能量安全利用提供指导。本文以高硫、高灰和褐煤等低品质煤为研究对象,研究煤粉爆炸特征,从煤的微观分子结构入手,采用SEM、Raman、FTIR和XPS测试分析了煤粉爆炸前后表观形貌、微晶结构、官能团以及C、N、O、S元素存在形式的变化特征,研究分析了煤微观结构与爆炸反应的关系,构建了煤的大分子结构模型,以分子力学、分子动力学和量子力学理论为指导,模拟计算了煤大分子模型能量、密度、化学键键长和静电荷数,分析煤粉爆炸微观反应机理,并探讨煤粉爆炸能量利用技术方案,以期对实现煤炭的安全高效、清洁利用提供新的研究方向和思路。取得的主要研究成果如下:（1）研究了低品质煤粉不同初始条件下的爆炸敏感性和爆炸强度参数特征,并分析了固定碳含量和镜质组反射率（R0）等煤本身物理化学性质对爆炸参数的影响。结果表明:随粒径的增大,煤样DH和YW的75?m煤粉比48?m煤粉的最小点火能值小;R0和固定碳含量对不同粒径煤粉最小点火能影响不同,随R0的增大,最小点火能呈现先减小后增大的“U”形趋势,随煤粉粒径的减小,这种趋势逐渐减弱;而最小点火能随固定碳含量的增加逐渐减小,煤粉颗粒越大,减小的趋势越显著。爆炸下限随R0和固定碳含量的增大均呈现倒“U”形变化趋势;褐煤爆炸下限较低,但其PMax和（d P/dt）Max都较小。50-225 g/m~3浓度范围内,煤粉爆炸强度随浓度的增大不断增大;随煤粉粒径的减小PMax和（d P/dt）Max表现出先增大后减小的趋势;R0对PMax和（d P/dt）Max的影响与煤粉浓度和粒径有关,浓度和粒径越大,R0影响越大。（2）通过煤表面形貌和爆生气体分析了煤粉爆炸过程。发现煤粉颗粒形状各异,棱角分明且表面光滑程度不一,褐煤的颗粒表面较为平滑,有片状结构附着在煤颗粒表面,同时褐煤颗粒粒度分布较均匀。爆炸后,高温环境下煤粉颗粒表面结构破坏,棱角消失,气体挥发分逸出使得颗粒表面产生孔洞结构。爆生气体中,甲烷和乙烯的生成量随煤粉浓度和粒径的变化没有明显的变化规律,乙烷和乙炔生成量较少,小于150?m的煤粉的爆生气体中基本检测不到乙烷和乙炔;爆炸压力越大,爆炸越剧烈,消耗的氧气量越多;褐煤CO/CO2值较小,爆炸反应的不完全程度较高;随粒径增大,CO/CO2值随R0的增大变化较大,R0对爆炸反应的完全程度影响较大,粒径较小时,影响会相对削弱。（3）定性和定量分析了煤中微观结构在爆炸前后的变化,研究了煤中官能团和微晶结构的变化特征规律。煤中含氧官能团主要是羟基和醚氧基（C-O单键）,褐煤中脂肪烃和含氧官能团较多且以短链为主,随R0的增大,煤的芳构化程度进一步增高;不同煤样爆炸后的C-C键、C-H键、C-O单键和C=O双键相对含量变化不同,羧酸COO-的变化较为统一,相对含量明显减小;相比芳香结构,脂肪结构热稳定较差,爆炸后芳基-烷基醚以及脂肪结构中的甲基和亚甲基结构显著减少,脂肪侧链大量断裂脱落,部分自由基以烃类小分子气体形式逸出。FTIR结果表明,爆炸后碳氧结构对应的特征吸收峰变弱甚至消失,矿物质和灰分的特征吸收峰变强。爆炸后微晶结构无序度降低,微晶尺寸减小;相比褐煤,R0较大的煤粉爆炸前后微晶尺寸变化不明显。（4）提出了包含热激发、气固耦合反应和链式连锁反应三阶段的煤粉爆炸反应机理。根据13C NMR、FTIR和XPS测试,构建了煤大分子结构并进行了能量优化,通过键长和键能分析,煤分子结构中化学键热稳定性从大到小依次为:Car-Car＞Car-H＞Car-Cal＞Car-O、Cal-H＞Cal-Cal＞Cal-O,其中Car-Car结构中稳定性多环大于单环,Cal-Cal中环状结构大于链状结构,芳甲基比脂甲基稳定,醚氧键在热解反应中最不稳定;S和N等杂原子会影响C-C键稳定性,苯环中N原子使苯环共轭性加强,与含硫官能团相连接的Cal-Cal偏长,结构相对不稳定。煤粉爆炸反应分为热激发、气固耦合反应、链式连锁反应三个阶段,煤粒吸收点火源能量受热分解,活性化学键断裂,生成小分子烃类气态物质和大分子自由基碎片,气气、气固以及固固自由基碎片与氧气以及相互之间不断发生耦合反应生成新的分子结构和自由基,周围煤粉颗粒之间通过热传递受热分解,当放热量和放热率大于煤粉颗粒吸收和散失热量和速率时,链式连锁反应加速燃烧过程,最终导致爆炸。（5）阐述了煤炭原位爆炸发电技术构想,探讨了爆炸能代替燃烧能驱动内燃机发电和脉冲爆炸发电的两种实现煤粉爆炸能量利用方式,借鉴脉冲爆轰发动机技术,对实验装置爆炸腔体进行了初步设计。